ES2833079T3 - Acoplamiento oxidativo de métodos y sistemas de metano - Google Patents

Acoplamiento oxidativo de métodos y sistemas de metano Download PDF

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Abstract

Un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2), y CH4 sin reaccionar; (b) generar una primera corriente efluente que comprende el CO2 de la corriente de producto, en donde una concertación del CO2 en la primera corriente efluente es mayor que una concentración de CO2 en la corriente de producto; (c) generar una segunda corriente efluente que comprende H2, CO y CH4 sin reaccionar a partir de la corriente de producto; (d) generar una tercera corriente efluente que comprende compuestos C2+; y (e) dirigir la primera corriente efluente y la segunda corriente efluente a un reactor de MeOH para producir MeOH.

Description

DESCRIPCIÓN
Acoplamiento oxidativo de métodos y sistemas de metano
Antecedentes
Existe una infraestructura para la producción química en todo el mundo. Esta infraestructura se implementa en prácticamente todos los continentes, está dirigida a industrias de amplio espectro y emplea una amplia variedad de implementaciones diferentes de tecnologías similares o muy diferentes. Los documentos US 5,659,090 y US5,523,493 divulgan procesos para la síntesis de al menos un alquil tert-butil éter, preferiblemente respectivamente MTBE o ETBE, a partir de al menos un alcohol y de isobuteno, cada uno sintetizado al menos parcialmente a partir de gas natural.
Resumen
Un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono es el primer aspecto de la presente invención y se proporciona en la reivindicación 1. Se proporcionan realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes. Cualquier realización de la divulgación a continuación que no esté incluida en las reivindicaciones se proporciona únicamente como referencia.
La presente divulgación proporciona sistemas y métodos para hacer reaccionar metano en un proceso de acoplamiento oxidativo de metano ("OCM") para producir productos que comprenden compuestos de hidrocarburos con dos o más átomos de carbono (también "compuestos C2+" en este documento). Los sistemas OCM y los métodos de la divulgación se pueden integrar con diversos procesos químicos, tal como la producción de metanol (MeOH), la producción de cloro (Ch) y de hidróxido de sodio (NaOH) (por ejemplo, proceso de cloro-álcali), la producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM), producción de amoníaco (NH3), procesos que tienen gas de síntesis (por ejemplo, mezclas de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) en cualquier proporción), o producción de derivados de olefinas.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para el acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) inyectar oxígeno (O2), metano (CH4) y etano (C2H6) en un reactor de OCM, en el que el reactor de OCM comprende un catalizador de OCM para facilitar una reacción de OCM, y en el que el C2H6 tiene una concentración de al menos aproximadamente 3% en moles dentro del lecho del catalizador de OCM; y (b) con la ayuda del catalizador de OCM en el reactor de OCM, realizar una reacción de OCM para convertir el CH4 en compuestos C2+ como parte de una corriente de producto.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el C2H6 tiene una concentración de al menos aproximadamente 3% en moles en una entrada del lecho de catalizador de OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos una porción del C2H6 se inyecta en el reactor de OCM por separado del CH4. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además aumentar o disminuir una cantidad de CH4 inyectado en (a) para mantener la concentración de C2H6 dentro de /- 0.2% en moles durante la inyección. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende etano. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además reciclar al menos una porción del etano en la corriente de producto al reactor de OCM.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de OCM que (i) recibe oxígeno (O2), metano (CH4) y etano (C2H6), en el que el C2H6 tiene una concentración de al menos aproximadamente 3% en moles en una entrada del reactor de OCM, y (ii) hace reaccionar el CH4 y O2 para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos una porción del C2H6 se inyecta en el reactor de OCM por separado del CH4. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un sistema de control que aumenta o disminuye la cantidad de CH4 recibida por el reactor de OCM para mantener la concentración de C2H6 dentro de /- 0.2% en moles durante la recepción. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende además etano. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos una porción del etano en la corriente de producto se recicla al reactor de OCM.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para el acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para generar compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) inyectar oxígeno (O2), metano (CH4) y etano (C2H6) en un reactor de OCM, en el que el C2H6 tiene una concentración de al menos aproximadamente 3% en moles; y (b) con la ayuda de un catalizador de OCM en el reactor de OCM, realizar una reacción de OCM para convertir el CH4 en compuestos C2+ como parte de una corriente de producto.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos una porción del C2H6 se inyecta en el reactor de OCM por separado del CH4. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además aumentar o disminuir una cantidad de CH4 inyectado en (a) para mantener la concentración de C2H6 dentro de /- 0.2% en moles durante la inyección. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la corriente de producto comprende etano, y en el que al menos una porción del etano en la corriente de producto se recicla al reactor de OCM.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; (b) enriquecer el CO y/o CO2 de la corriente de producto para generar una corriente de CO y/o CO2 enriquecida; (c) dirigir la corriente de CO y/o CO2 enriquecida a un reactor de MeOH para producir MeOH; (d) enriquecer el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente de CH4 enriquecida; y (e) dirigir al menos una porción de la corriente de CH4 enriquecido a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H2) y CO y/o CO2.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir el CO y/o el CO2 producido en el SMR al reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, todo el CO y/o CO2 de la corriente de producto y todo el CO y/o CO2 del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como materia prima para el s Mr , y en el que el SMR convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el al menos uno de CO y CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además proporcionar los compuestos C2+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR proviene de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir una porción de la corriente de CH4 enriquecida a un craqueador. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir al menos una porción de la corriente de CH4 enriquecida a un proceso que consume metano. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el proceso que consume metano procede de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y (ii) hace reaccionar el CH4 y O2 para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO2 enriquecido de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir MeOH; y un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe CH4 sin reaccionar enriquecido de la corriente de producto y (ii) proporciona hidrógeno (H2) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO2 al reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación enriquece el CO y/o CO2 de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del SMR, en donde la unidad de separación enriquece el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como materia prima y convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el al menos uno de CO y CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el reactor de MeOH convierte todo el CO2 de la corriente de producto y todo el CO2 del SMR en MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C2+ y (ii) craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un módulo consumidor de metano que recibe el CH4 enriquecido. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo consumidor de metano proviene del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; (b) enriquecer el CO y/o CO2 de la corriente de producto para generar una corriente de CO y/o CO2 enriquecida; y (c) dirigir la corriente de CO y/o CO2 enriquecida a un reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, todo el CO y/o CO2 de la corriente de producto se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además proporcionar los compuestos C2+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y (ii) hace reaccionar el CH4 y O2 para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO2 enriquecido de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el reactor de MeOH convierte todo el CO2 de la corriente de producto en MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación enriquece el CO y/o CO2 de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C2+ y (ii) craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+ y CH4 sin reaccionar; (b) enriquecer el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente de CH4 enriquecida; (c) dirigir al menos una porción de la corriente de CH4 enriquecido a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H2) y CO y/o CO2; y (d) dirigir el CO y/o CO2 a un reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, todo el CO y/o CO2 del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como materia prima para el SMR, y en el que el SMR convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el al menos uno de CO y CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además proporcionar los compuestos C2+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR proviene de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir una porción de la corriente de CH4 enriquecida a un craqueador. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir al menos una porción de la corriente de CH4 enriquecida a un proceso que consume metano. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el proceso que consume metano procede de la corriente de CH4 enriquecida. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y (ii) hace reaccionar el CH4 y el O2 para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+ y CH4 sin reaccionar; un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe CH4 sin reaccionar enriquecido de la corriente de producto y (ii) proporciona hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) y/o CO2; y un reactor de MeOH que (i) recibe el CO y/o CO2 y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del SMR, en donde la unidad de separación enriquece el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como materia prima y convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el CO y/o CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el reactor de MeOH convierte todo el CO2 de la corriente de producto y todo el CO2 del SMR en MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C2+ y (ii) craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos el 80% del metano consumido por el s Mr . En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador proviene del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un módulo consumidor de metano que recibe el CH4 enriquecido. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo consumidor de metano proviene del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, la corriente de producto comprende CO2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la corriente de producto comprende CO y CO2.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; (b) enriquecer el CO y/o CO2 de la corriente de producto para generar una corriente de CO y/o CO2 enriquecida que se dirige a un reactor de MeOH para producir MeOH; y (c) enriquecer el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto para producir una corriente de CH4 enriquecida que se dirige a un reformador de metano con vapor (SMR), cuyo SMR proporciona hidrógeno (H2) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO2 al reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como combustible al SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el CH4 sin reaccionar se proporciona como materia prima para el s Mr , y en el que el SMR convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el al menos uno de CO y CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, todo el CO2 de la corriente de producto y todo el CO2 del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además proporcionar los compuestos C2+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir el CH4 enriquecido en (c) a un craqueador. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR y el craqueador proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir el CH4 enriquecido a un proceso que consume metano. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR, el craqueador y el proceso que consume metano proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el proceso que consume metano.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y (ii) hace reaccionar el CH4 y O2 para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y CH4 sin reaccionar; un reactor de MeOH que (i) recibe CO y/o CO2 enriquecido de la corriente de producto y (ii) hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir MeOH; y un reformador de metano con vapor (SMR) que (i) recibe CH4 sin reaccionar enriquecido de la corriente de producto y (ii) proporciona hidrógeno (H2) y al menos uno de monóxido de carbono (CO) y CO2 al reactor de MeOH para producir MeOH.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del reactor de MeOH, en donde la unidad de separación enriquece el CO y/o CO2 de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además una unidad de separación corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del SMR, en donde la unidad de separación enriquece el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como combustible. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el SMR usa el CH4 sin reaccionar como materia prima y convierte el CH4 sin reaccionar en el H2 y el al menos uno de CO y CO2 para la conversión en MeOH en el reactor de MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el reactor de MeOH convierte todo el CO2 de la corriente de producto y todo el CO2 del SMR en MeOH. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH o C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un craqueador que (i) recibe los compuestos C2+ y (ii) craquea o refina los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un craqueador que recibe al menos una porción del CH4 enriquecido en (c). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR y el craqueador proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un módulo consumidor de metano que recibe el CH4 enriquecido. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el CH4 sin reaccionar dirigido al SMR, el craqueador y el módulo consumidor de metano proporciona al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el módulo consumidor de metano.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir cloro (Ch), hidróxido de sodio (NaOH) y compuestos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir cloruro de sodio (NaCl) y agua (H2O) en un módulo cloro-álcali que produce cloro (Ch ), NaOH e hidrógeno (H2) a partir del NaCl y H2O; (b) dirigir al menos una porción del H2 producido en (a) a un módulo de metanización que hace reaccionar el H2 y el CO y/o el CO2 para producir CH4; y (c) dirigir al menos una porción del CH4 producido en (b) a un módulo OCM, cuyo módulo OCM hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir los compuestos C2+ y calor.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el módulo OCM incluye un reactor de OCM con un catalizador de OCM que genera los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el módulo OCM usa el calor para generar energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo OCM incluye una turbina para generar la energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además utilizar la energía eléctrica generada por el módulo OCM para generar electroquímicamente el Ch, NaOH y H2 a partir del NaCl y H2O. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% de la energía eléctrica consumida por el módulo de cloro-álcali es producida por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos una porción del CO y/o CO2 se produce en el proceso de OCM en el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además dirigir al menos una porción del Cl2 producido por el módulo cloro-álcali y al menos una porción de los compuestos C2+ producidos por el módulo OCM en un módulo adicional que hace reaccionar al menos la porción del Cl2 con al menos la porción de los compuestos C2+ para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM) y/o dicloruro de etileno (EDC). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, los compuestos C2+ comprenden menos de aproximadamente 99% de etileno cuando reaccionan con el módulo adicional.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir cloro (Ch), hidróxido de sodio (NaOH) y compuestos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un módulo de cloroálcali que (i) acepta cloruro de sodio (NaCl) y agua (H2O) y (ii) genera cloro (Ch ), NaOH e hidrógeno (H2) a partir del NaCl y H2O; un módulo de metanización en comunicación fluida con el módulo de cloro-álcali, en donde el módulo de metanización (i) acepta el H2 del módulo de cloro-álcali y monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y (ii) hace reaccionar el H2 y el CO y/o CO2 para producir metano (CH4); y un módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) en comunicación fluida con el módulo de metanización, en donde el módulo OCM (i) acepta el CH4 del módulo de metanización y oxígeno (O2) y (ii) hace reaccionar el CH4 y el O2 en un OCM proceso para producir los compuestos C2+ y calor.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el módulo OCM incluye un reactor de OCM con un catalizador de OCM que genera los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el módulo OCM usa el calor para generar energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo OCM incluye una turbina para generar la energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo de cloro-álcali usa la energía eléctrica generada por el módulo OCM para generar electroquímicamente el Ch, NaOH y H2 a partir del NaCl y H2O. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% de la energía eléctrica consumida por el módulo de cloro-álcali es producida por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos una porción del CO y/o CO2 que reacciona mediante el módulo de metanización es producido por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un módulo adicional en comunicación fluida con el módulo OCM y el módulo cloroalcalino, en el que el módulo adicional hace reaccionar al menos una porción del Ch producido por el módulo cloroalcalino con al menos una porción de los compuestos C2+ producidos por el módulo OCM para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM) y dicloruro de etileno (EDC). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, los compuestos C2+ comprenden menos de aproximadamente 99% de etileno cuando reaccionan con el módulo adicional.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir cloro (Ch), hidróxido de sodio (NaOH) y compuestos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) hacia un módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir los compuestos C2+ y calor, y (ii) utilizar el calor para generar energía eléctrica; (b) dirigir hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) en un módulo de metanización que (i) hace reaccionar el H2 y CO y/o CO2 para producir CH4, y (ii) dirigir al menos una porción del CH4 producido en el módulo de metanización al módulo OCM; y (c) dirigir NaCl y H2O a un módulo de cloro-álcali que (i) utiliza la energía eléctrica producida por el módulo OCM para generar electroquímicamente Ch , NaOH y H2 a partir del NaCl y H2O, y (ii) dirigir al menos una porción del H2 al módulo de metanización.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el módulo OCM incluye un reactor de OCM con un catalizador de OCM que genera los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo OCM incluye una turbina para generar la energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% de la energía eléctrica consumida por el módulo de cloro-álcali es producida por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos una porción del CO2 o el CO que reacciona mediante el módulo de metanización es producido por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir al menos una porción del Cl2 producido por el módulo cloroalcalino y al menos una porción de los compuestos C2+ producidos por el módulo OCM en un módulo adicional que reacciona al menos una porción del Ch con al menos una porción de los compuestos C2+ para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM) y dicloruro de etileno (EDC). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, los compuestos C2+ comprenden menos de aproximadamente 99% de etileno cuando reaccionan con el módulo adicional.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir cloro (Ch), hidróxido de sodio (NaOH) y compuestos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) acepta metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y O2 en un proceso de OCM que produce los compuestos C2+ y calor, y (ii) usa el calor para generar energía eléctrica; un módulo de metanización en comunicación fluida con el módulo o Cm , en donde el módulo de metanización (i) acepta hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2), (ii) hace reaccionar e1H2 y CO y/o CO2 para producir CH4, y (iii) dirige al menos una porción del CH4 producido en el módulo de metanización al módulo OCM; y un módulo de cloro-álcali en comunicación fluida con el módulo de metanización, en donde el módulo de cloro-álcali (i) acepta NaCl y H2O, (ii) utiliza la energía eléctrica producida por el módulo OCM para generar electroquímicamente Cl2, NaOH y H2 a partir del NaCl y H2O, y (iii) dirige al menos una porción de1H2 al módulo de metanización.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el módulo OCM incluye un reactor de OCM con un catalizador de OCM que genera los compuestos C2+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo OCM incluye una turbina para generar la energía eléctrica. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, al menos el 80% de la energía eléctrica consumida por el módulo de cloro-álcali es producida por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos una porción del CO2 o el CO que reacciona mediante el módulo de metanización es producido por el módulo OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un módulo adicional en comunicación fluida con el módulo OCM y el módulo cloroalcalino, en el que el módulo adicional hace reaccionar al menos una porción del Cl2 producido por el módulo cloroalcalino con al menos una porción de los compuestos C2+ producidos por el módulo OCM para producir monómero de cloruro de vinilo (VCM) y dicloruro de etileno (EDC). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, los compuestos C2+ comprenden menos de aproximadamente 99% de etileno cuando reaccionan con el módulo adicional.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+, hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; (b) dirigir la porción del CH4 sin reaccionar de la corriente de producto de OCM a (i) un reformador de metano con vapor (SMR) que hace reaccionar H2O y la porción del CH4 sin reaccionar para producir H2 y CO y/o CO2, y/o (ii) un reformador secundario que hace reaccionar O2 y la porción del CH4 sin reaccionar para producir H2 y CO y/o CO2; y (c) hacer reaccionar nitrógeno (N2) y el H2 producido en (a) y/o (b) para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además separar el aire para producir el N2 que ha reaccionado en (c) y el O2 que ha reaccionado en (b). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, una relación de (i) todos los átomos de nitrógeno en el NH3 producido en (c) a (ii) todos los átomos de nitrógeno en el N2 producido al separar el aire es de al menos aproximadamente 0.50. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, en (c), e1H2 producido en (a) se hace reaccionar para producir NH3. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, en (c), el H2 producido en (b) se hace reaccionar para producir NH3. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, (b) comprende (i). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, (b) comprende (ii). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, (b) comprende (i) y (ii).
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+, hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; al menos uno de (i) un reformador de metano con vapor (SMR) que recibe H2O y una porción del CH4 sin reaccionar y hace reaccionar el H2O y la porción del CH4 sin reaccionar para producir H2 y CO y/o CO2 y (ii) un reformador secundario que recibe O2 y una porción del CH4 sin reaccionar y hace reaccionar el O2 y la porción del CH4 sin reaccionar para producir H2 y CO y/o CO2; y un módulo de producción de amoníaco que recibe nitrógeno (N2) y el H2 producido en el SMR y/o el reformador secundario y hace reaccionar el N2 y e1H2 para producir amoníaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un módulo de separación de aire que separa el aire para producir el N2 que ha reaccionado en el módulo de producción de amoníaco y el O2 que ha reaccionado en el SMR o el reformador secundario. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, una relación de (i) todos los átomos de nitrógeno en el NH3 producido en el módulo de producción de amoníaco a (ii) todos los átomos de nitrógeno en el N2 producido al separar el aire es al menos aproximadamente 0.50. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el módulo de producción de amoniaco reacciona con el H2 producido en el reactor de OCM para producir NH3. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el módulo de producción de amoniaco reacciona con el H2 producido en el SMR o el reformador secundario para producir NH3. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además el SMR. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además el reformador secundario. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además el SMR y el reformador secundario.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) separar el aire para producir una corriente de oxígeno que comprende oxígeno (O2) y una corriente de nitrógeno que comprende nitrógeno (N2); (b) dirigir el metano (CH4) y una primera porción de la corriente de oxígeno a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 de la primera porción de la corriente de oxígeno en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+; (c) hacer reaccionar hidrógeno (H2) y el N2 producido en (a) para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además convertir CH4 en CO2 y H2 en un reformador secundario usando una segunda porción de la corriente de oxígeno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la corriente de producto de OCM comprende además CH4 sin reaccionar y en el que el CH4 convertido en el reformador secundario comprende al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el H2 que ha reaccionado en (c) comprende al menos una porción de1H2 producido en el reformador secundario. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, una relación de (i) todos los átomos de nitrógeno en el NH3 producido en (c) a (ii) todos los átomos de nitrógeno en el N2 producido en (a) es al menos aproximadamente 0.50.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un módulo de separación de aire que separa el aire para producir una corriente de nitrógeno que comprende nitrógeno (N2) y una corriente de oxígeno que comprende oxígeno (O2); un módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) en comunicación fluida con el módulo de separación de aire, en el que el módulo OCM (i) acepta metano (CH4) y una primera porción de la corriente de oxígeno y (ii) hace reaccionar el CH4 y el O2 de la primera porción de la corriente de oxígeno en un proceso de OCM que produce los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; y un módulo de producción de amoníaco en comunicación fluida con el módulo OCM, en donde el módulo de producción de amoníaco (i) acepta el CO, e1H2 y el CH4 sin reaccionar del módulo OCM, y (ii) produce NH3 del CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar.
En algunas realizaciones de aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además un reformador secundario que acepta CH4 y una segunda porción de la corriente de oxígeno y convierte el CH4 y el O2 de la segunda porción de la corriente de oxígeno en CO2 y H2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la corriente de producto de OCM comprende además CH4 sin reaccionar y en el que el CH4 convertido en el reformador secundario comprende al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el H2 aceptado por el módulo de producción de amoníaco comprende al menos una porción del H2 producido en el reformador secundario. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, una relación de (i) todos los átomos de nitrógeno en el NH3 producido en el módulo de producción de amoníaco a (ii) todos los átomos de nitrógeno en el N2 producido en el módulo de separación de aire es de al menos aproximadamente 0.50.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoniaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) separar aire para producir oxígeno (O2) y nitrógeno (N2); (b) dirigir metano (CH4) y una primera porción del oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y la primera porción del O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; (c) dirigir el CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto de OCM a un reformador de metano con vapor (SMR); (d) en el s Mr , convertir una primera porción del CH4 sin reaccionar en CO y H2; (e) dirigir una segunda porción del CH4 sin reaccionar y una segunda porción del O2 en un reformador secundario que convierte la segunda porción del CH4 sin reaccionar y la segunda porción del O2 en CO2 y H2; y (f) hacer reaccionar el N2 producido en (a) y el H2 producido en (d) y/o (e) para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, e1H2 producido en (d) y (e) se hace reaccionar para producir amoniaco (NH3).
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoniaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) separar aire para producir oxígeno (O2) y nitrógeno (N2); (b) dirigir metano (CH4) y una primera porción del oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y la primera porción del O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+; (c) dirigir CH4 y una segunda porción del oxígeno (O2) a un reformador secundario para convertir CH4 en CO2 y H2; y (e) hacer reaccionar el H2 producido en (c) con N2 para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, e1H2 se hace reaccionar con al menos una porción del N2 producido en (a). En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la corriente de producto de OCM comprende además CH4 sin reaccionar, y en el que el CH4 dirigido al reformador secundario comprende al menos una porción del CH4 sin reaccionar.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoniaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) separar aire para producir oxígeno (O2) y nitrógeno (N2); (b) dirigir metano (CH4) y una primera porción del oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y la primera porción del O2 en un proceso de o Cm para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+; (c) hacer reaccionar hidrógeno (H2) y el N2 producido en (a) para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además convertir CH4 en CO2 y H2 en un reformador secundario utilizando una segunda porción del O2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la corriente de producto de OCM comprende además CH4 sin reaccionar y en el que el CH4 convertido en el reformador secundario comprende al menos una porción del CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, e1H2 que ha reaccionado en (c) comprende al menos una porción del H2 producido en el reformador secundario.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; (b) dirigir el CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar de la corriente de producto a un reformador de metano con vapor (SMR); (c) convertir una primera porción del CH4 sin reaccionar en CO y H2 en el SMR; y (d) hacer reaccionar el H2 producido en (c) con N2 para producir amoniaco (NH3).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además separar aire para producir oxígeno (O2) y nitrógeno (N2) y dirigir una primera porción del O2 al reactor de OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el N2 que ha reaccionado en (d) comprende al menos una porción del N2 que se separó del aire. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además convertir una segunda porción del CH4 sin reaccionar en CO2 y H2 en un reformador secundario usando una segunda porción del O2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el N2 que ha reaccionado en (d) comprende al menos una porción del N2 que se separó del aire.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) un módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que acepta metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM que produce los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; y (b) un módulo de producción de amoníaco en comunicación fluida con el módulo OCM, en donde el módulo de producción de amoníaco (i) acepta el CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar del módulo OCM, y (ii) produce NH3 del CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además (c) un módulo de separación de aire en comunicación fluida con el módulo OCM y el módulo de producción de amoníaco, en el que el módulo de separación de aire separa el aire en una corriente de oxígeno y una corriente de nitrógeno y (i) proporciona una porción de la corriente de oxígeno al módulo OCM, (ii) proporciona una porción de la corriente de oxígeno al módulo de producción de amoníaco y/o (iii) proporciona la corriente de nitrógeno al módulo de producción de amoníaco.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir amoníaco (NH3) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende un módulo de separación de aire en comunicación fluida con un módulo OCM y un módulo de producción de amoníaco, en donde el módulo de separación de aire separa el aire en una corriente de oxígeno y una corriente de nitrógeno y (i) proporciona una porción de la corriente de oxígeno al módulo OCM, (ii) proporciona una porción de la corriente de oxígeno al módulo de producción de amoníaco, y/o (iii) proporciona la corriente de nitrógeno al módulo de producción de amoníaco.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el módulo de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) acepta metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM que produce los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno. (H2) y CH4 sin reaccionar. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el módulo de producción de amoníaco (i) acepta el CO, el H2 y el CH4 sin reaccionar del módulo OCM, y (ii) produce NH3 a partir del CO, e1H2 y el CH4 sin reaccionar.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: (a) dirigir una corriente de producto de metanol que comprende metanol a un reactor de metanol a propileno (MTP) que hace reaccionar el metanol para producir una corriente de producto MTP que comprende propileno y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos cuatro átomos de carbono (compuestos C4+); (b) dirigir la corriente de producto MTP a un sistema de separaciones que separa la corriente de producto MTP para producir una primera corriente que comprende propileno y una segunda corriente que comprende los compuestos C4+; (c) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+, dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar; y (d) dirigir la corriente de producto de OCM al sistema de separaciones, y en el sistema de separaciones, separar la corriente de producto de OCM para producir una tercera corriente que comprende etileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además, antes de dirigir la corriente de producto de OCM al sistema de separaciones, eliminar el CO2 de la corriente de producto de OCM en una unidad de eliminación de CO2 y dirigir el CO2 al reactor de metanol. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además, antes de dirigir la corriente de producto de OCM al sistema de separaciones, eliminar el CH4 de la corriente de producto de OCM en una unidad desmetanizadora y dirigir el CH4 al reactor de gas de síntesis. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además, antes de dirigir la corriente de producto de OCM al sistema de separaciones, eliminar el agua (H2O) de la corriente de producto de OCM en una unidad de secado. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además generar la corriente de producto de metanol dirigiendo una corriente de producto de gas de síntesis que comprende (i) hidrógeno (H2) y (ii) monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) en un reactor de metanol que hace reaccionar el H2 y el CO y/o CO2 para producir la corriente de producto de metanol. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además generar la corriente de producto de gas de síntesis dirigiendo una corriente de alimentación de gas de síntesis que comprende CH4 a un reactor de gas de síntesis que hace reaccionar el CH4 en la corriente de alimentación de gas de síntesis para producir la corriente de producto de gas de síntesis.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende: un reactor de metanol a propileno (MTP) que recibe una corriente de producto de metanol que comprende metanol y hace reaccionar el metanol para producir una corriente de producto MTP que comprende propileno y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos cuatro átomos de carbono (compuestos C4+); un sistema de separaciones en comunicación fluida con el reactor MTP, en el que el sistema de separación recibe la corriente de producto MTP y separa la corriente de producto MTP para producir una primera corriente que comprende propileno y una segunda corriente que comprende los compuestos C4+; y un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que (i) recibe metano (CH4) y oxígeno (O2), (ii) hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende los compuestos C2+, carbono dióxido (CO2), hidrógeno (H2) y CH4 sin reaccionar, y (iii) dirige la corriente de producto de OCM al sistema de separaciones para producir una tercera corriente que comprende etileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además una unidad de eliminación de CO2 ubicada corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del sistema de separaciones que elimina CO2 de la corriente de producto de OCM y dirige el CO2 al reactor de metanol. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el sistema comprende además una unidad desmetanizadora ubicada corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del sistema de separaciones que elimina el CH4 de la corriente de producto de OCM y dirige el CH4 al reactor de gas de síntesis. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de secado ubicada corriente abajo del reactor de OCM y corriente arriba del sistema de separaciones que elimina el agua (H2O) de la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones de aspectos proporcionados en este documento, el sistema comprende además un reactor de metanol que recibe una corriente de producto de gas de síntesis que comprende (i) hidrógeno (H2) y (ii) monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y hace reaccionar e1H2 y el CO y/o CO2 para producir la corriente de producto de metanol. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un reactor de gas de síntesis que recibe una corriente de alimentación de gas de síntesis que comprende CH4 y hace reaccionar el CH4 en la corriente de alimentación de gas de síntesis para producir la corriente de producto de gas de síntesis.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir gas natural líquido (LNG), que comprende: (a) dirigir metano (CH4) desde una planta de procesamiento de gas y oxígeno (O2) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+); (b) dirigir la corriente de producto de OCM a un reactor de etileno a líquidos (ETL) que hace reaccionar los compuestos C2+ en un proceso ETL para producir una corriente de producto ETL que comprende compuestos que contienen al menos cinco átomos de carbono (compuestos C5+); y (c) dirigir los compuestos C5+ de la corriente de producto ETL a un módulo de gas licuado de petróleo (LPG) de la planta de procesamiento de gas, cuyo módulo de LPG produce condensado a partir de gas de petróleo.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir compuestos C2 de una unidad de extracción de LPG de la planta de procesamiento de gas al reactor de OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir los compuestos C5+junto con el condensado del módulo LPG. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir al menos una porción de la corriente de producto ETL a una unidad de tratamiento de gas de la planta de procesamiento de gas.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir gas natural líquido (LNG), que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que recibe metano (CH4) de una planta de procesamiento de gas y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+); y un módulo de etileno a líquidos (ETL) en comunicación fluida con el reactor de OCM, en donde el módulo ETL (i) recibe la corriente de producto de OCM, (ii) hace reaccionar los compuestos C2+ en un proceso ETL para producir una corriente de producto ETL que comprende compuestos que contienen al menos cinco átomos de carbono (compuestos C5+), y (iii) dirige los compuestos C5+ de la corriente de producto ETL a un módulo de gas licuado de petróleo (LPG) de la planta de procesamiento de gas, cuyo módulo LPG produce condensado a partir de gas de petróleo.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de extracción de LPG de la planta de procesamiento de gas que dirige los compuestos C2 al reactor de OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, los módulos ETL dirigen los compuestos C5+ junto con el condensado del módulo LPG. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, los módulos ETL dirigen al menos una porción de la corriente de producto ETL a una unidad de tratamiento de gas de la planta de procesamiento de gas.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir polietileno, que comprende: (a) dirigir compuestos C2 de una unidad de extracción de gas licuado de petróleo (LPG) de una planta de procesamiento de gas a una unidad de división C2 que separa los compuestos C2 para producir una corriente de etano que comprende etano y una corriente de etileno que comprende etileno; (b) dirigir la corriente de etileno a un reactor de polietileno que hace reaccionar el etileno en la corriente de etileno para producir una corriente de producto de polietileno que comprende polietileno; y (c) dirigir la corriente de etano, metano (CH4) de la unidad de extracción de LPG y oxígeno (O2) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir la corriente de producto de OCM a una unidad de tratamiento de gas de la planta de procesamiento de gas.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir polietileno, que comprende: una unidad de división C2 que recibe compuestos C2 de una unidad de extracción de gas licuado de petróleo (LPG) de una planta de procesamiento de gas y separa los compuestos C2 para producir una corriente de etano que comprende etano y una corriente de etileno que comprende etileno; un reactor de polietileno que recibe la corriente de etileno y hace reaccionar el etileno en la corriente de etileno para producir una corriente de producto de polietileno que comprende polietileno; y un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que recibe la corriente de etano, metano (CH4) de la unidad de extracción de LPG y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+).
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de tratamiento de gas de la planta de procesamiento de gas que recibe la corriente de producto de OCM.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir compuestos de oxalato, que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) y monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2); y (b) dirigir el CO y/o CO2 de la corriente de producto de OCM a un reactor de oxalato que hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir una corriente de producto oxalato que comprende ácido oxálico y/o un oxalato.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir la corriente de producto de oxalato a un reactor de hidrogenación que hace reaccionar el ácido oxálico y/o el oxalato para producir un producto derivado de oxalato. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el producto derivado de oxalato se selecciona del grupo que consiste en ácido glicólico, etilenglicol, ácido diglicólico, ácido nitriloacético, ácido glioxílico, ácido acético, sales de los mismos y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el reactor de oxalato es un reactor electroquímico. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además dirigir H2 de la corriente de producto de OCM, de una unidad de deshidrogenación de propano, de un reformador de vapor, de una unidad de electrólisis de agua, de una unidad de electrólisis de vapor o cualquier combinación de los mismos al reactor de oxalato. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 50% del CO2 producido por el reactor de OCM se convierte en ácido oxálico y/o un oxalato.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir compuestos de oxalato, que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de o Cm que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen (i) al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) y (ii) monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2); y un reactor de oxalato que recibe el CO y/o CO2 de la corriente de producto de OCM y hace reaccionar el CO y/o CO2 para producir una corriente de producto oxalato que comprende ácido oxálico y/o un oxalato.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un reactor de hidrogenación que recibe la corriente de producto oxalato y hace reaccionar el ácido oxálico y/o el oxalato para producir un producto derivado de oxalato. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el producto derivado de oxalato se selecciona del grupo que consiste en ácido glicólico, etilenglicol, ácido diglicólico, ácido nitriloacético, ácido glioxílico, ácido acético, sales de los mismos y combinaciones de los mismos. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el reactor de oxalato es un reactor electroquímico. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el reactor de oxalato recibe H2 de la corriente de producto de OCM. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, al menos el 50% del CO2 producido por el reactor de OCM se convierte en ácido oxálico y/o un oxalato.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir derivados de etileno, que comprende: (a) dirigir una corriente de metano (CH4) que comprende CH4 y una primera corriente de oxígeno (O2) que comprende O2 en un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 en la corriente de CH4 y la corriente de O2, respectivamente, en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) que incluyen etileno; y (b) dirigir el etileno de la corriente de producto de OCM y una segunda corriente de O2 que comprende O2 a un reactor de oxidación que hace reaccionar el etileno y el O2 en la segunda corriente de O2 para producir una corriente de producto de oxidación que comprende óxido de etileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir la corriente del producto de oxidación a un reactor de hidratación que hace reaccionar el óxido de etileno para producir etilenglicol.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir derivados de etileno, que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que recibe una corriente de metano (CH4) que comprende CH4 y una primera corriente de oxígeno (O2) que comprende O2 y hace reaccionar el CH4 y el O2 en la corriente de CH4 y la corriente de O2, respectivamente, en un proceso de OCM para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) que incluyen etileno; y un reactor de oxidación que recibe el etileno de la corriente de producto de OCM y una segunda corriente de O2 que comprende O2 y hace reaccionar el etileno y el O2 en la segunda corriente de O2 para producir una corriente de producto de oxidación que comprende óxido de etileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además un reactor de hidratación que recibe la corriente del producto de oxidación y hace reaccionar el óxido de etileno para producir etilenglicol.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un método para producir propileno, que comprende: (a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que hace reaccionar el CH4 y el O2 para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) que incluyen etileno; (b) dirigir la corriente de producto de OCM a una unidad de separación que produce una corriente de etileno que comprende etileno de la corriente de producto de OCM; (c) dirigir una primera porción de etileno de la corriente de etileno a un reactor de dimerización que hace reaccionar el etileno en una reacción de dimerización para producir una corriente de buteno que comprende compuestos de buteno; (d) dirigir la corriente de buteno a una unidad de separaciones C4 que produce una corriente de buteno-2 que comprende buteno-2 de la corriente de buteno; y (e) dirigir la corriente de buteno-2 y una segunda porción de etileno de la corriente de etileno a un reactor de metátesis que hace reaccionar el buteno-2 y el etileno para producir una corriente de producto de metátesis que comprende compuestos C2+ que incluyen propileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir la corriente de producto de metátesis hacia una unidad de separaciones C2 que separa la corriente de producto de metátesis para producir una corriente de C2 que comprende compuestos C2 y una corriente de C3+ que comprende compuestos C3+ que incluyen propileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además dirigir la corriente de C2 hacia la unidad de separación. En algunas realizaciones de aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir la corriente de C3+ a una unidad de separaciones C3 que separa la corriente de C3+ para producir una corriente de C3 que comprende propileno y una corriente de C4+ que comprende productos C4+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el método comprende además dirigir la corriente de C4+ hacia la unidad de separaciones C4. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el método comprende además dirigir el propileno de la corriente de producto de metátesis a una unidad de polipropileno que hace reaccionar el propileno para producir una corriente de producto de polipropileno que comprende polipropileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados aquí, el método comprende además dirigir etileno desde la unidad de separación a la unidad de polipropileno, en donde la unidad de polipropileno hace reaccionar el etileno como un comonómero con el propileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la relación de comonómero de etileno a monómero total y comonómero es de aproximadamente 0.01:0.99 a aproximadamente 0.15:0.85 En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la relación de comonómero de etileno a monómero total y comonómero es de aproximadamente 0.08:0.92 a aproximadamente 0.15:0.85. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la etapa (a) comprende además dirigir etano (C2H6) al interior del reactor de OCM.
Un aspecto de la presente divulgación proporciona un sistema para producir propileno, que comprende: un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que recibe metano (CH4) y oxígeno (O2) y hace reaccionar el CH4 y el O2 para producir una corriente de producto de OCM que comprende compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+) que incluyen etileno; una unidad de separación que recibe la corriente de producto de OCM y produce una corriente de etileno que comprende etileno de la corriente de producto de OCM; un reactor de dimerización que recibe una primera porción de etileno de la corriente de etileno y hace reaccionar el etileno en una reacción de dimerización para producir una corriente de buteno que comprende compuestos de buteno; una unidad de separación de C4 que recibe la corriente de buteno y produce una corriente de buteno-2 que comprende buteno-2 de la corriente de buteno; y un reactor de metátesis que recibe la corriente de buteno-2 y una segunda porción de etileno de la corriente de etileno y hace reaccionar el buteno-2 y el etileno para producir una corriente de producto de metátesis que comprende compuestos C2+ que incluyen propileno.
En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de separaciones C2 que recibe la corriente de producto de metátesis y separa la corriente de producto de metátesis para producir una corriente de C2 que comprende compuestos C2 y una corriente de C3+ que comprende compuestos C3+ que incluyen propileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la unidad de separaciones recibe la corriente de C2. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de separación C3 que recibe la corriente de C3+ y separa la corriente de C3+ para producir una corriente de C3 que comprende propileno y una corriente de C4+ que comprende productos C4+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la unidad de separaciones C4 recibe la corriente de C4+. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, el sistema comprende además una unidad de polipropileno que recibe el propileno de la corriente de producto de metátesis y hace reaccionar el propileno para producir una corriente de producto de polipropileno que comprende polipropileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en el presente documento, la unidad de polipropileno recibe etileno de la unidad de separación y hace reaccionar el etileno como comonómero con el propileno. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la relación de comonómero de etileno a monómero total y comonómero es de aproximadamente 0.01:0.99 a aproximadamente 0.15:0.85 En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, la relación de comonómero de etileno a monómero total y comonómero es de aproximadamente 0.08:0.92 a aproximadamente 0.15:0.85. En algunas realizaciones de los aspectos proporcionados en este documento, el reactor de OCM recibe etano (C2H6).
Los aspectos y ventajas adicionales de la presente divulgación resultarán fácilmente evidentes para los expertos en esta técnica a partir de la siguiente descripción detallada, en la que sólo se muestran y describen realizaciones ilustrativas de la presente divulgación. Como se comprenderá, la presente divulgación es susceptible de otras y diferentes realizaciones, y sus diversos detalles son susceptibles de modificaciones en diversos aspectos obvios, todo ello sin apartarse de la divulgación. Por consiguiente, los dibujos y la descripción deben considerarse de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.
Breve descripción de las figuras
Las características novedosas de la invención se establecen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. Se obtendrá una mejor comprensión de las características y ventajas de la presente invención haciendo referencia a la siguiente descripción detallada que establece realizaciones ilustrativas, en las que se utilizan los principios de la invención, y los dibujos o figuras adjuntos (también denominados aquí "Figura" y "Figuras"), de las cuales:
La Figura 1A es una ilustración esquemática de un proceso de acoplamiento oxidativo de metano (OCM);
La Figura 1B es una ilustración esquemática de un proceso de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) con adición separada de etano;
La Figura 1C muestra un diagrama de flujo de bloques de un proceso de OCM que incluye conversión de etano, separaciones y metanización;
La Figura 1D muestra un diagrama de flujo de bloques de proceso con alimentación y productos;
La Figura 1E muestra un diagrama de flujo de bloques de proceso con utilización de carbono;
La Figura 2 es una ilustración esquemática de la adición de etano a un reactor de OCM;
La Figura 3 es una ilustración esquemática de un proceso de producción de metanol;
La Figura 4 es una ilustración esquemática de OCM integrado con un proceso de producción de metanol;
La Figura 5 es una ilustración esquemática de un complejo petroquímico con un proceso de producción de metanol y un craqueador;
La Figura 6 es una ilustración esquemática de la integración de OCM con un proceso de producción de metanol y un craqueador;
La Figura 7 es una ilustración esquemática de la integración de OCM con un proceso de producción de metanol y un craqueador;
La Figura 8 es una ilustración esquemática de la integración de OCM con un proceso de producción de metanol y un craqueador;
La Figura 9 es una ilustración esquemática de un proceso cloro-álcali;
La Figura 10 es una ilustración esquemática de OCM integrado con un proceso cloro-álcali;
La Figura 11 es una ilustración esquemática de un proceso de producción de dicloruro de etileno (EDC) y monómero de cloruro de vinilo (VCM);
La Figura 12 es una ilustración esquemática de un proceso de EDC/VCM integrado con un proceso de cloro-álcali; La Figura 13 es una ilustración esquemática de OCM integrado con un proceso de EDC/VCM y un proceso de cloroálcali;
La Figura 14 muestra un ejemplo de un proceso que integra OCM con un proceso de cloro-álcali de tipo diafragma;
La Figura 15 muestra un balance de material y energía para el proceso mostrado en la Figura 14;
La Figura 16 es una ilustración esquemática de OCM integrado con un proceso de amoníaco;
La Figura 17 muestra una ilustración esquemática de OCM integrado con un proceso de metanol a propileno (MTP).
La Figura 18 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de MTP.
La Figura 19 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM y un proceso ETL integrado con un proceso de gas natural líquido (LNG).
La Figura 20 muestra una ilustración esquemática de los procesos de OCM y ETL integrados con un proceso de LNG para la producción de polímeros.
La Figura 21 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de ácido oxálico/oxalato.
La Figura 22 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de etilenglicol.
La Figura 23 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de propileno basado en metátesis.
La Figura 24 muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de propileno basado en metátesis con producción de polipropileno.
La Figura 25A muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de propileno basado en metátesis que tiene un divisor de C2.
La Figura 25B muestra una muestra una ilustración esquemática de un proceso de OCM integrado con un proceso de producción de propileno basado en metátesis sin un divisor de C2.
Descripción detallada
Si bien en el presente documento se han mostrado y descrito diversas realizaciones de la invención, resultará obvio para los expertos en la técnica que tales realizaciones se proporcionan únicamente a modo de ejemplo. A los expertos en la técnica se les pueden ocurrir numerosas variaciones, cambios y sustituciones sin apartarse de la invención. Debe entenderse que pueden emplearse diversas alternativas a las realizaciones de la invención descritas en este documento.
El término "hidrocarburo superior", como se usa en este documento, generalmente se refiere a un hidrocarburo de cadena superior y/o de peso molecular superior. Un hidrocarburo superior puede tener un peso molecular más alto y/o un contenido de carbono que es superior o más grande en relación con el material de partida en un proceso dado (por ejemplo, OCM o ETL). Un hidrocarburo superior puede ser un producto de hidrocarburo de cadena y/o peso molecular superior que se genera en un proceso de OCM o ETL. Por ejemplo, el etileno es un producto de hidrocarburo superior en relación con el metano en un proceso de OCM. Como otro ejemplo, un hidrocarburo C3+ es un hidrocarburo superior en relación con etileno en un proceso ETL. Como otro ejemplo, un hidrocarburo C5+ es un hidrocarburo superior en relación con etileno en un proceso ETL. En algunos casos, un hidrocarburo superior es un hidrocarburo de peso molecular superior.
El término "proceso de OCM", como se usa en este documento, generalmente se refiere a un proceso que emplea o emplea sustancialmente una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM). Una reacción de OCM puede incluir la oxidación de metano a un hidrocarburo superior y agua, e implica una reacción exotérmica. En una reacción de OCM, el metano se puede oxidar parcialmente y acoplar para formar uno o más compuestos C2+, tal como el etileno. En un ejemplo, una reacción de OCM es 2CH4 O2 ^ C2H4 2H2O. Una reacción de o Cm puede producir compuestos C2+. Una reacción de OCM puede facilitarse mediante un catalizador, tal como un catalizador heterogéneo. Los subproductos adicionales de las reacciones de OCM pueden incluir CO, CO2, H2, así como hidrocarburos, tales como, por ejemplo, etano, propano, propeno, butano, buteno y similares.
El término "proceso sin OCM", como se usa en este documento, generalmente se refiere a un proceso que no emplea o emplea sustancialmente un acoplamiento oxidativo de la reacción de metano. Ejemplos de procesos que pueden ser procesos sin OCM incluyen procesos de hidrocarburos sin OCM, tal como, por ejemplo, procesos sin OCM empleados en el procesamiento de hidrocarburos en refinerías de petróleo, procesos de separación de líquidos de gas natural, craqueo con vapor de etano, craqueo con vapor o nafta, procesos de Fischer-Tropsch y similares.
Los términos "C2+" y "compuesto C2+", como se usan en este documento, generalmente se refieren a un compuesto que comprende dos o más átomos de carbono. Por ejemplo, los compuestos C2+ incluyen, sin limitación, alcanos, alquenos, alquinos y aromáticos que contienen dos o más átomos de carbono. Los compuestos C2+ pueden incluir aldehidos, cetonas, ésteres y ácidos carboxílicos. Ejemplos de compuestos C2+ incluyen etano, eteno, acetileno, propano, propeno, butano y buteno.
El término "impurezas diferentes de C2+", como se usa en este documento, generalmente se refiere a material que no incluye compuestos C2+. Ejemplos de impurezas diferentes de C2+, que se pueden encontrar en ciertas corrientes de productos de reacción de o Cm , incluyen nitrógeno (N2), oxígeno (O2), agua (H2O), argón (Ar), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO), dióxido (CO2) y metano (CH4).
El término "pequeña escala", como se usa en el presente documento, generalmente se refiere a un sistema que genera menos de o igual a aproximadamente 250 kilotones por año (KTA) de un producto dado, tal como una olefina (por ejemplo, etileno).
El término "escala mundial", como se usa en este documento, generalmente se refiere a un sistema que genera más de aproximadamente 250 KTA de un producto dado, tal como una olefina (por ejemplo, etileno). En algunos ejemplos, un sistema de olefinas a escala mundial genera al menos aproximadamente 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 o 1600 KTA de una olefina.
El término "artículo de valor", como se usa en este documento, generalmente se refiere a dinero, crédito, un bien o mercancía (por ejemplo, hidrocarburo). Un artículo de valor puede cambiarse por otro artículo de valor.
El término "eficiencia de carbono", como se usa en este documento, generalmente se refiere a la relación entre el número de moles de carbono presente en todas las corrientes de entrada del proceso (en algunos casos, incluidas todas las materias primas de hidrocarburos, tales como, por ejemplo, gas natural y etano y corrientes de combustible) al número de moles de carbono presentes en todos los productos comercializables o utilizables comercialmente (o industrialmente) del proceso. Tales productos pueden incluir hidrocarburos que pueden emplearse para diversos usos corriente abajo, tales como petroquímicos o para uso como productos químicos básicos. Tales productos pueden excluir CO y CO2. Los productos del proceso pueden ser productos comercializables, tales como productos de hidrocarburos C2+ que contienen al menos aproximadamente un 99% de hidrocarburos C2+ y todos los productos de gas de venta o gasoductos que contienen al menos aproximadamente un 90% de metano. Las corrientes de entrada del proceso pueden incluir corrientes de entrada que proporcionen energía para el funcionamiento del proceso, tal como con la ayuda de una turbina (por ejemplo, una turbina de vapor). En algunos casos, la energía para el funcionamiento del proceso puede ser proporcionada por el calor liberado por una reacción de OCM.
El término "eficiencia de nitrógeno", como se usa en este documento, generalmente se refiere a la relación entre el número de moles de nitrógeno presente en todas las corrientes de entrada del proceso (en algunos casos, incluidas todas las materias primas de nitrógeno, tales como, por ejemplo, aire o nitrógeno purificado) al número de moles de nitrógeno presente en todos los productos comercializables o utilizables comercialmente (o industrialmente) del proceso. Tales productos pueden incluir amoníaco y otros productos de nitrógeno que se pueden emplear para diversis usos corriente abajo, tal como el uso petroquímico, el uso agrícola o para uso como productos químicos básicos. Tales productos pueden excluir los óxidos de nitrógeno (NOx), tales como NO y NO2. Los productos del proceso pueden ser productos comercializables, tales como amoniaco y derivados del mismo que contienen al menos aproximadamente 90% o 99% de amoniaco o derivados de amoniaco. Las corrientes de entrada del proceso pueden incluir corrientes de entrada que proporcionen energía para el funcionamiento del proceso, tal como con la ayuda de una turbina (por ejemplo, una turbina de vapor). En algunos casos, la energía para la operación del proceso puede ser proporcionada por el calor liberado por una reacción, tal como una reacción de OCM.
El término "selectividad para C2+", como se usa en este documento, generalmente se refiere al porcentaje de los moles de metano que se convierten en compuestos C2+.
El término "consumo de oxígeno específico", como se usa aquí, generalmente se refiere a la masa (o peso) de oxígeno consumido por un proceso dividido por la masa de compuestos C2+ producidos por el proceso.
El término "emisión específica de CO2", como se usa aquí, generalmente se refiere a la masa de CO2 emitida por el proceso dividida por la masa de compuestos C2+ producidos por el proceso.
Procesos de OCM
En un proceso de OCM, el metano (CH4) reacciona con un agente oxidante sobre un lecho de catalizador para generar compuestos C2+. Por ejemplo, el metano puede reaccionar con oxígeno sobre un catalizador adecuado para generar etileno, por ejemplo, 2 CH4 O2 ^ C2H4 2 H2O (Véase, por ejemplo, Zhang, Q., Journal of Natural Gas Chem., 12:81, 2003; Olah, G. "Hydrocarbon Chemistry", Ed. 2, John Wiley & Sons (2003)). Esta reacción es exotérmica (AH = -280 kJ/mol) y típicamente se ha demostrado que ocurre a temperaturas muy altas (por ejemplo,> 450°C o > 700°C). Las reacciones no selectivas que pueden ocurrir incluyen (a) CH4 2O2 ^ CO2 2 H2O y (b) CH4 1/2 O2 ^ CO 2 H2. Estas reacciones no selectivas también son exotérmicas, con calores de reacción de -891 kJ/mol y -36 kJ/mol respectivamente. La conversión de metano en productos de COx no es deseable debido tanto a problemas de gestión del calor como a la eficiencia del carbono.
La evidencia experimental sugiere que está involucrada la química de los radicales libres. (Lunsford, J. Chem. Soc., Chem. Comm., 1991; H. Lunsford, Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 34: 970, 1995). En la reacción, el metano (CH4) se activa en la superficie del catalizador, formando radicales metilo que luego se acoplan en la superficie o en la fase gaseosa para formar etano (C2H6), seguido de deshidrogenación a etileno (C2H4). La ruta de reacción de OCM puede tener un mecanismo heterogéneo/homogéneo, que involucra la química de los radicales libres. La evidencia experimental ha demostrado que un sitio activo de oxígeno en el catalizador activa el metano, elimina un solo átomo de hidrógeno y crea un radical metilo. Los radicales de metilo reaccionan en la fase gaseosa para producir etano, el cual es bien sea oxidativo o no oxidativamente deshidrogenado a etileno. Las principales reacciones en esta ruta pueden ser las siguientes: (a) CH4 O- ^ CH3* OH-; (b) 2 CH3*^- C2H6; (c) C2H6 O- ^ C2H4 H2O. En algunos casos, para mejorar el rendimiento de la reacción, se puede introducir etano corriente abajo del lecho de catalizador de OCM y deshidrogenado térmicamente mediante la siguiente reacción: C2H6 ^ C2H4 H2. Esta reacción es endotérmica (AH = 144 kJ/mol), que puede utilizar el calor de reacción exotérmico producido durante la conversión de metano. La combinación de estas dos reacciones en un recipiente puede aumentar la eficiencia térmica y simplificar el proceso.
Varios catalizadores han mostrado actividad para OCM, incluidas diversas formas de óxido de hierro, V2O5, MoO3, Co3O4, Pt-Rh, Li/ZrO2, Ag-Au, Au/Co3O4, Co/Mn, CeO2, MgO, La2O3, Mn3O4, Na2WO4, MnO, ZnO, y combinaciones de los mismos, sobre diversos soportes. También se ha demostrado que un número de elementos de dopaje son útiles en combinación con los catalizadores anteriores.
Desde que se informó por primera vez sobre la reacción de OCM hace más de treinta años, ha sido objeto de intenso interés científico y comercial, pero las limitaciones fundamentales de la metodologoía convencional para la activación del enlace C-H parecen limitar el rendimiento de esta reacción atractiva bajo condiciones operativas prácticas. Específicamente, numerosas publicaciones de laboratorios industriales y académicos han demostrado consistentemente un comportamiento característico de alta selectividad con baja conversión de metano, o baja selectividad con alta conversión (J.A. Labinger, Cat. Lett., 1: 371, 1988). Limitado por este umbral de conversión/selectividad, ningún catalizador de OCM ha podido superar el rendimiento combinado de C2 del 20-25% (es decir, etano y etileno) y, lo que es más importante, todos estos rendimientos informados requirieron temperaturas de entrada al reactor extremadamente altas (> 800°C). Se han descrito novedosos catalizadores y procesos para su uso en la realización de OCM en la producción de etileno a partir de metano a temperaturas, presiones y actividades catalíticas sustancialmente más prácticas. Estos se describen en las solicitudes de patente de U.S. con números de serie 13/115,082, 13/479,767, 13/689,611, 13/689,514, 13/901,319, 14/212,435, y 14/701,963.
Un reactor de OCM puede incluir un catalizador que facilita un proceso de OCM. El catalizador puede incluir un compuesto que incluya al menos uno de un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, un metal de transición y un metal de tierras raras. El catalizador puede estar en forma de panal, lecho empacado o lecho fluidizado. En algunas realizaciones, al menos una porción del catalizador de OCM en al menos una porción del reactor de OCM puede incluir uno o más catalizadores de OCM y/o composiciones, formas y formulaciones de catalizador de OCM basadas en nanoestructura. Ejemplos de reactores de OCM, separaciones para OCM y diseños de procesos de OCM se describen en las Solicitudes de Patente U.S. números de serie 13/739,954, 13/900,898, 13/936,783, 14/553,795 y 14/592,688. Un reactor de OCM puede ser adiabático o sustancialmente adiabático (que incluye, por ejemplo, una unidad de craqueo posterior al lecho). Un reactor de OCM puede ser isotérmico o sustancialmente isotérmico.
Con referencia a la Figura 1A, el gas natural 100 y el etano 102 pueden entrar en el proceso a través de un módulo de desulfuración 104, que puede fluir hacia un módulo 106 de compresión de gas de proceso donde se puede eliminar el agua. También se puede añadir gas producto de OCM al módulo 106 de compresión de gas de proceso. Un módulo 108 de limpieza de gas de proceso puede eliminar el dióxido de carbono (CO2), algo o todo lo que se puede llevar a un módulo 110 de metanización. Después de la limpieza, el gas de proceso puede fluir a un primer módulo 112 de separaciones que elimina los compuestos C2+ de la corriente de gas de proceso. El gas de proceso restante puede fluir hacia el módulo 110 de metanización y/o un calentador caldeado (por ejemplo, para calentar corrientes 114 de gas de OCM entrantes). Los compuestos C2+ se pueden fraccionar en un segundo módulo 116 de separaciones para producir etileno (C2H4) 118, compuestos C3 120 y compuestos C4+ 122, por ejemplo. El segundo módulo 116 de separaciones puede producir una corriente 126 de etano (C2H6) que se devuelve al reactor 128 de OCM. En el reactor 128 de OCM, el oxígeno 130 puede reaccionar con el metano del módulo 132 de metanización. Los sistemas de límites exteriores (OSBL) incluyen un sistema de vapor, un sistema de agua de alimentación de caldera y un sistema de agua de enfriamiento.
El reactor de OCM puede realizar la reacción de OCM y el craqueo posterior al lecho (PBC), como se describe en la Solicitud de Patente U.S. número de serie 14/553,795. Con referencia a la Figura 2, el reactor 200 de OCM puede tener una sección 202 de reacción de OCM y una sección 204 PBC. El metano 206 (por ejemplo, gas natural) y el oxígeno 208 pueden inyectarse (a través de un mezclador) en la región de reacción de OCM (que comprende un catalizador de OCM). La reacción de OCM es exotérmica y el calor de reacción se puede usar para craquear etano 210 adicional que se puede inyectar en la región 204 de PBC. En algunos casos, también se inyecta más etano 212 en la región 202 de reacción de OCM y/o la alimentación de metano se complementa con etano u otros alcanos C2+ (por ejemplo, propano o butano). El reactor de OCM produce un efluente 214 de OCM.
'Las cantidades relativas de etano 210 y 212 suplementarios se pueden variar para lograr una variedad de resultados de productos del sistema. En algunos casos, no se inyecta etano en la región 202 de reacción de OCM (denominada en el presente documento Caso-1). Otro caso presentado en este documento tiene un 3.5% en moles de etano inyectado en la región de OCM (denominada aquí Caso-2). En la Tabla 1 se presentan algunos resultados del diseño de procesos.
Tabla 1: Ejemplos de diversas cantidades de etano en alimentación de OCM
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En algunos casos, la cantidad de hidrógeno (H2) que sale del reactor de OCM es relativamente mayor para los casos que tienen relativamente más inyección de etano (por ejemplo, 8% de H2 para el Caso-1 y aproximadamente H2 al 10% para el Caso-2). La cantidad de etano que puede inyectarse puede limitarse por la temperatura deseada que sale de la región 202 de reacción de OCM o del reactor 214 de OCM.
En algunos casos, el equipo de proceso está dimensionado para acomodar una variedad de cantidades de etano adicional de tal manera que el proceso sea flexible. Por ejemplo, se puede inyectar más etano en el proceso cuando el precio del etano es relativamente barato en comparación con el precio del gas natural (por ejemplo, bajo diferencial de fraccionamiento).
El etano se puede mezclar con el gas natural y reciclar a la unidad de OCM (como se muestra en la Figura 1A). En algunos casos, con referencia a la Figura 1B, el etano 134 puede ir directamente al reactor de OCM, opcionalmente a través de un módulo 136 de desulfuración separado. La inyección de etano a través de un módulo de desulfuración separado puede reducir la carga en el circuito de reciclaje del proceso y/o proporcionar capacidad de producción adicional manteniendo la misma tasa de recirculación. El gas de purga del proceso se puede utilizar como gas combustible para el calentador caldeado o gas de venta.
La concentración de etano en la alimentación del reactor de OCM puede ser cualquier valor adecuado, incluyendo aproximadamente 0.0 mol%, aproximadamente 0.25 mol%, aproximadamente 0.5 mol%, aproximadamente 0.75 mol%, aproximadamente 1.0 mol%, aproximadamente 1.25 mol%, aproximadamente 1.5 mol%, aproximadamente 1.75 mol%, aproximadamente 2.0 mol%, aproximadamente 2.25 mol%, aproximadamente 2.5 mol%, aproximadamente 2.75 mol%, aproximadamente 3.0 mol%, aproximadamente 3.25 mol%, aproximadamente 3.5 mol%, aproximadamente 3.75 mol%, aproximadamente 4.0 mol%, aproximadamente 4.25 mol%, aproximadamente 4.5 mol%, aproximadamente 4.75 mol%, aproximadamente 5.0 mol%, aproximadamente 5.25 mol%, aproximadamente 5.5 mol%, aproximadamente 5.75 mol%, aproximadamente 6.0 mol%, o más. En algunos casos, la concentración de etano en la alimentación del reactor de o Cm es al menos aproximadamente 0.0 mol%, al menos aproximadamente 0.25 mol%, al menos aproximadamente 0.5 mol%, al menos aproximadamente 0.75 mol%, al menos aproximadamente 1.0 mol%, al menos aproximadamente 1.25 mol%, al menos aproximadamente 1.5 mol%, al menos aproximadamente 1.75 mol%, al menos aproximadamente 2.0 mol%, al menos aproximadamente 2.25 mol%, al menos aproximadamente 2.5 mol%, al menos aproximadamente 2.75 mol%, al menos aproximadamente 3.0 mol%, al menos aproximadamente 3.25 mol%, al menos aproximadamente 3.5 mol%, al menos aproximadamente 3.75 mol%, al menos aproximadamente 4.0 mol%, al menos aproximadamente 4.25 mol%, al menos aproximadamente 4.5 mol%, al menos aproximadamente 4.75 mol%, al menos aproximadamente 5.0 mol%, al menos aproximadamente 5.25 mol%, al menos aproximadamente 5.5 mol%, al menos aproximadamente 5.75 mol%, al menos aproximadamente 6.0 mol%, o más. En algunos casos, la concentración de etano en la alimentación del reactor de OCM es como máximo aproximadamente 0.0 mol%, como máximo aproximadamente 0.25 mol%, como máximo aproximadamente 0.5 mol%, como máximo aproximadamente 0.75 mol%, como máximo aproximadamente 1.0 mol%, como máximo aproximadamente 1.25 mol%, como máximo aproximadamente 1.5 mol%, como máximo aproximadamente 1.75 mol%, como máximo aproximadamente 2.0 mol%, como máximo aproximadamente 2.25 mol%, como máximo aproximadamente 2.5 mol%, como máximo aproximadamente 2.75 mol%, como máximo aproximadamente 3.0 mol%, como máximo aproximadamente 3.25 mol%, como máximo aproximadamente 3.5 mol%, como máximo aproximadamente 3.75 mol%, como máximo aproximadamente 4.0 mol%, como máximo aproximadamente 4.25 mol%, como máximo aproximadamente 4.5 mol%, como máximo aproximadamente 4.75 mol%, como máximo aproximadamente 5.0 mol%, como máximo aproximadamente 5.25 mol%, como máximo aproximadamente 5.5 mol%, como máximo aproximadamente 5.75 mol%, o como máximo aproximadamente 6.0 mol%.
Los sistemas y métodos de la presente divulgación pueden ser eficientes en carbono y/o energéticamente eficientes. En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una eficiencia en carbono de al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 55%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 65%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 75%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 85%, o al menos aproximadamente 90%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que ingresan al sistema de al menos aproximadamente 0.4, al menos aproximadamente 0.50, al menos aproximadamente 0.55, al menos aproximadamente 0.60, al menos aproximadamente 0.65, al menos aproximadamente 0.70, al menos aproximadamente 0.75, al menos aproximadamente 0.80, al menos aproximadamente 0.85, al menos aproximadamente 0.90, o al menos aproximadamente 0.95.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una eficiencia en carbono de entre aproximadamente 50% and aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% and aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% and aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% and aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% and aproximadamente 80%, o entre aproximadamente 70% y aproximadamente 80%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que ingresan al sistema de entre aproximadamente 0.50 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.55 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.60 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.80, o entre aproximadamente 0.70 y aproximadamente 0.80.
En algunos casos, la eficiencia del carbono es al menos aproximadamente el 50%, al menos aproximadamente el 55%, al menos aproximadamente el 60%, al menos aproximadamente el 65%, al menos aproximadamente el 70%, al menos aproximadamente el 75%, al menos aproximadamente el 80%, al menos aproximadamente el 85% o al menos aproximadamente el 90%. En algunos casos, la eficiencia del carbono está entre aproximadamente 50% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 80%, o entre aproximadamente un 70% y aproximadamente un 80%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema de al menos aproximadamente 0,60, al menos aproximadamente 0,65, al menos aproximadamente 0,70, al menos aproximadamente 0,75, al menos aproximadamente 0,80, al menos aproximadamente 0,85 o al menos aproximadamente 0,90. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos a todos los átomos de carbono que entran al sistema de entre aproximadamente 0,50 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,55 y aproximadamente 0,80., entre aproximadamente 0,60 y aproximadamente 0,80, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,85, entre aproximadamente 0,65 y aproximadamente 0,80, o entre aproximadamente 0,70 y aproximadamente 0,80.
En algunos casos, los sistemas y métodos combinan reacción de OCM, craqueo posterior al lecho (PBC), separaciones y metanización. Las separaciones pueden incluir oligomerización de etileno a compuestos C3+, que se separan más fácilmente como se describe en la Solicitud de Patente PCT No. PCT/US2015/010525. Se pueden encontrar detalles adicionales del reactor de OCM y el diseño del proceso en la Solicitud de Patente PCT No. PCT/US2014/057465 y la Solicitud de Patente PCT No. PCT/US2015/010688.
En un aspecto, se proporciona en este documento un método para realizar el acoplamiento oxidativo de metano (OCM). El método puede comprender (a) hacer reaccionar oxígeno (O2) con metano (CH4) para formar calor, etileno (C2H4) y opcionalmente etano (C2H6), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO2); (b) hacer reaccionar el calor producido en (a) con etano (C2H6) para formar etileno (C2H4) e hidrógeno (H2); (c) realizar al menos uno de (i) enriquecer el etileno (C2H4) producido en (a) y (b) o (ii) oligomerizar el etileno (C2H4) producido en (a) y (b) para producir compuestos C3+ y enriquecer los compuestos C3+; y (d) hacer reaccionar el hidrógeno (H2) producido en (a) y (b) con monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) para formar metano (CH4).
En otro aspecto, se proporciona en este documento un sistema para realizar el acoplamiento oxidativo de metano (OCM). El sistema comprende un reactor de OCM que hace reaccionar oxígeno (O2) con metano (CH4) para formar calor, etileno (C2H4) y opcionalmente etano (C2H6), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO2). El sistema comprende además un recipiente de craqueo en comunicación fluida con el reactor de OCM, cuyo recipiente de craqueo hace reaccionar el calor producido en el reactor de OCM con etano (C2H6) para formar etileno (C2H4) e hidrógeno (H2). El sistema comprende además un módulo de separaciones en comunicación fluida con el recipiente de craqueo, cuyo módulo de separación (i) enriquece el etileno (C2H4) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo o (ii) oligomeriza el etileno (C2H4) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo para producir compuestos C3+ y enriquecer los compuestos C3+. El sistema comprende además un reactor de metanización en comunicación fluida con el módulo de separaciones, cuyo reactor de metanización hace reaccionar el hidrógeno (H2) producido en el reactor de OCM y el recipiente de craqueo con monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) para formar metano (CH4).
En algunos casos, el etano (C2H6) que se craquea en el recipiente de craqueo se produjo en el reactor de OCM. En algunos casos, al menos algo del etano (C2H6) que se craquea es además del etano (C2H6) que se produjo en el reactor de OCM. En algunos casos, el reactor de OCM produce etano (C2H6), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). En algunos casos, el monóxido de carbono (CO) y el dióxido de carbono (CO2) producidos en el reactor de OCM se metanizan. El módulo de separaciones puede separar etileno (C2H4) o compuestos C3+ de metano (CH4), etano (C2H6), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO) o dióxido de carbono (CO2). En algunos casos, el recipiente de craqueo es una porción del reactor de OCM.
El metano formado en el reactor de metanización puede devolverse al reactor de OCM o venderse como gas de venta. En algunas realizaciones, el reactor de OCM tiene un catalizador de OCM. En algunas realizaciones, el reactor de metanización tiene un catalizador de metanización. En algunas realizaciones, el módulo de separaciones comprende un reactor de etileno a líquidos (ETL) que comprende un catalizador de oligomerización. Al menos porción del calor producido en el reactor de OCM se puede convertir en energía.
En otro aspecto, aquí se describe un método para producir compuestos C2+ a partir de metano (CH4). El método puede comprender: (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que convierte metano (CH4) y oxígeno (O2) en etileno (C2H4) y opcionalmente etano (C2H6); (b) opcionalmente oligomerizar el etileno (C2H4) para producir compuestos C3+; y (c) aislar los compuestos C2+, en donde los compuestos C2+ comprenden el etileno (C2H4), el etano (C2H6) y/o los compuestos C3+, en donde el método tiene una eficiencia de carbono de al menos aproximadamente 50%. En algunos casos, los compuestos C2+ aislados no son puros. En algunos casos, los compuestos C2+ aislados comprenden metano, CO, H2, CO2 y/o agua.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación consumen menos de aproximadamente 150, menos de aproximadamente 140, menos de aproximadamente 130, menos de aproximadamente 120, menos de aproximadamente 110, menos de aproximadamente 100, menos de aproximadamente 95, menos de aproximadamente aproximadamente 90, menos de aproximadamente 85, menos de aproximadamente 80, menos de aproximadamente 75, menos de aproximadamente 70, menos de aproximadamente 65, menos de aproximadamente 60, menos de aproximadamente 55 o menos de aproximadamente 50 millones de Unidades Térmicas Británicas (MMBtu) de energía por tonelada de etileno (C2H4) o compuestos C3+ enriquecidos. En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir los compuestos de etileno (C2H4) o C3+.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación han consumido entre aproximadamente 65 y aproximadamente 100, entre aproximadamente 70 y aproximadamente 110, entre aproximadamente 75 y aproximadamente 120, entre aproximadamente 85 y aproximadamente 130, entre aproximadamente 40 y aproximadamente 80, o entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80 MMBtu de energía por tonelada de etileno (C2H4) o compuestos C3+ enriquecidos. En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir los compuestos de etileno (C2H4) o C3+.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen un consumo de oxígeno específico de aproximadamente 1.2, aproximadamente 1.3, aproximadamente 1.4, aproximadamente 1.5, aproximadamente 1.6, aproximadamente 1.7, aproximadamente 1.8, aproximadamente 1.9, aproximadamente 2.0, aproximadamente 2.1, aproximadamente 2.2, aproximadamente 2.3, aproximadamente 2.4, aproximadamente 2.5, aproximadamente 2.6 aproximadamente 2.7, aproximadamente 2.8, aproximadamente 2.9, aproximadamente 3, aproximadamente 3.2, aproximadamente 3.4, aproximadamente 3.6, aproximadamente 3.8, o aproximadamente 4.0.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen un consumo de oxígeno específico de entre aproximadamente 1.2 y aproximadamente 2.7, entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 2.5, entre aproximadamente 1.7 y aproximadamente 2.3 o entre aproximadamente 1.9 y aproximadamente 2.1.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una emisión de CO2 específica de aproximadamente 0.5, aproximadamente 0.6, aproximadamente 0.7, aproximadamente 0.8, aproximadamente 0.9, aproximadamente 1.0, aproximadamente 1.1, aproximadamente 1.2, aproximadamente 1.3, aproximadamente 1.4, aproximadamente 1.5, aproximadamente 1.6, aproximadamente 2.0, aproximadamente 2.2, aproximadamente 2.4, aproximadamente 2.6, aproximadamente 2.8, aproximadamente 3.0, aproximadamente 3.2, aproximadamente 3.4, o aproximadamente 3.6.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una emisión de CO2 específica de entre aproximadamente 0.5 y aproximadamente 1.7, entre aproximadamente 0.7 y aproximadamente 1.4, entre aproximadamente 0.8 y aproximadamente 1.3 o entre aproximadamente 0.9 y aproximadamente 1.1.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación producen productos C2+, y los productos C2+ comprenden al menos aproximadamente un 2.5%, al menos aproximadamente un 2.5%, al menos aproximadamente un 5%, al menos aproximadamente un 7.5%, al menos aproximadamente un 10%, al menos aproximadamente 12.5% o al menos aproximadamente 15% de hidrocarburos C3+.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación producen productos C2 y productos C3+, y la relación de los productos C2 a los productos C3+ es aproximadamente 20, aproximadamente 15, aproximadamente 10, aproximadamente 8, aproximadamente 6 o aproximadamente 5.
En algunas realizaciones, los sistemas o métodos de la presente divulgación producen productos C2 y productos C3+, y la relación de los productos C2 a los productos C3+ está entre aproximadamente 5 y aproximadamente 20, entre aproximadamente 6 y aproximadamente 10, o entre aproximadamente 8 y aproximadamente 10.
En otro aspecto, se proporciona en este documento un método para producir compuestos C2+ a partir de metano (CH4), comprendiendo el método: (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) que convierte metano (CH4) y oxígeno (O2) en etileno (C2H4) y opcionalmente etano (C2H6); (b) opcionalmente oligomerizar el etileno (C2H6) para producir compuestos C3+; y (c) aislar los compuestos C2+, en donde los compuestos C2+ comprenden el etileno (C2H4), el etano (C2H6) y/o los compuestos C3+, en donde el método consume menos de aproximadamente 100 MMBtu de energía por tonelada de los compuestos C2+ aislados. En algunos casos, la cantidad de energía consumida por el sistema incluye el contenido de energía de la materia prima utilizada para producir los compuestos C2+ aislados. En algunos casos, los compuestos C2+ aislados no son puros. En algunos casos, los compuestos C2+ aislados comprenden metano, CO, H2, CO2 y/o agua.
En algunos casos, el método consume menos de aproximadamente 150, menos de aproximadamente 140, menos de aproximadamente 130, menos de aproximadamente 120, menos de aproximadamente 110, menos de aproximadamente 100, menos de aproximadamente 95, menos de aproximadamente 90, menos de aproximadamente 85, menos de aproximadamente 80, menos de aproximadamente 75, menos de aproximadamente 70, menos de aproximadamente 65, menos de aproximadamente 60, menos de aproximadamente 55 o menos de aproximadamente 50 MMBtu de energía por tonelada de compuestos C2+ aislados. En algunos casos, el método consume entre aproximadamente 65 y aproximadamente 100, entre aproximadamente 70 y aproximadamente 110, entre aproximadamente 75 y aproximadamente 120, entre aproximadamente 85 y aproximadamente 130, entre aproximadamente 40 y aproximadamente 80, o entre aproximadamente 50 y aproximadamente 80 MMBtu de energía por tonelada de compuestos C2+ aislados.
En otro aspecto, se proporciona en este documento un método para producir compuestos C2+ a partir de metano (CH4), comprendiendo el método realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) usando un catalizador de OCM en un conjunto de condiciones de reacción para convertir una cantidad de metano (CH4) en etileno (C2H4) con una eficiencia de carbono, donde el catalizador de OCM tiene una selectividad para C2+ en el conjunto de condiciones de reacción que es menor que la eficiencia del carbono en el conjunto de condiciones de reacción. El conjunto de condiciones de reacción puede incluir una temperatura, una presión, una relación de metano a oxígeno y una velocidad espacial horaria del gas (GHSV).
En otro aspecto, se proporciona en este documento un método para producir compuestos C2+ a partir de metano (CH4), comprendiendo el método: (a) realizar una reacción de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) usando un catalizador de OCM en un conjunto de condiciones de reacción para convertir una cantidad de metano (CH4) en etileno (C2H4) y etano (C2H6); y (b) craqueo del etano (C2H6) para producir etileno adicional (C2H4), en donde la eficiencia combinada del carbono de (a) y (b) es mayor que la selectividad para C2+ del catalizador de OCM en el conjunto de condiciones de reacción. El conjunto de condiciones de reacción puede incluir una temperatura, una presión, una relación de metano a oxígeno y una velocidad espacial horaria del gas (GHSV).
En algunos casos, la selectividad para C2+ es como máximo aproximadamente el 70%, como máximo aproximadamente el 65%, como máximo aproximadamente el 60%, como máximo aproximadamente el 55%, como máximo aproximadamente el 50%, como máximo aproximadamente el 45%, como máximo aproximadamente el 40%, o como máximo aproximadamente el 35%. En algunos casos, la selectividad para C2+ es al menos aproximadamente el 70%, al menos aproximadamente el 65%, al menos aproximadamente el 60%, al menos aproximadamente el 55%, al menos aproximadamente el 50%, al menos aproximadamente el 45%, al menos aproximadamente el 40%, o al menos aproximadamente el 35%.
En otro aspecto, se proporciona en este documento un método para producir compuestos C2+, comprendiendo el método: (a) proporcionar una primera materia prima que comprende metano (CH4) y opcionalmente una primera cantidad de etano (C2H6); (b) realizar una reacción de OCM en la primera materia prima para producir un producto de OCM que comprende una primera cantidad de etileno (C2H4); (c) combinar el producto de OCM con una segunda materia prima que comprende una segunda cantidad de etano (C2H6) para producir una tercera materia prima; y (d) craqueo de la tercera materia prima para producir una segunda cantidad de etileno (C2H4), en donde la segunda cantidad de etileno incluye etileno producido en (b) y (d).
En algunos casos, la fracción de la segunda cantidad de etileno (C2H4) que se deriva de la primera o la segunda cantidad de etano (C2H6) es al menos aproximadamente 1%, al menos aproximadamente 3%, al menos aproximadamente 5%, al menos aproximadamente el 7%, al menos aproximadamente el 10%, al menos aproximadamente el 15%, al menos aproximadamente el 20%, al menos aproximadamente el 25%, al menos aproximadamente el 30%, al menos aproximadamente el 35%, al menos aproximadamente el 40%, al menos aproximadamente 45%, al menos aproximadamente 50% o al menos aproximadamente 55%.
En algunos casos, los moles combinados de la primera y la segunda cantidad de etano (C2H6) divididos por los moles combinados de la primera materia prima y la segunda materia prima son aproximadamente 1%, aproximadamente 3%, aproximadamente 5%, aproximadamente 7%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15%, aproximadamente 20%, aproximadamente 25%, aproximadamente 30%, aproximadamente 35%, aproximadamente 40%, aproximadamente 45%, aproximadamente 50%, aproximadamente 55% o aproximadamente 60%.
En algunos casos, los moles combinados de la primera y la segunda cantidad de etano (C2H6) divididos por los moles combinados de la primera materia prima y la segunda materia prima están entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 50%, entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 40%., entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 30%, entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 20%, entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 15%, entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 10%, o entre aproximadamente el 10% y aproximadamente el 50%.
En algunos casos, la primera materia prima es el gas natural. En algunos casos, la primera materia prima es gas natural complementado con la primera cantidad de etano (C2H6). En algunos casos, la primera materia prima es gas natural que ha pasado a través de un sistema de separación para eliminar sustancialmente los hidrocarburos distintos del metano.
En algunos casos, el porcentaje molar de etano (C2H6) en metano (CH4) en la primera materia prima es aproximadamente 1%, aproximadamente 3%, aproximadamente 5%, aproximadamente 7%, aproximadamente 10%, aproximadamente 15% o aproximadamente 20%.
En algunos casos, algo o la totalidad de una corriente de alimentación que contiene metano (por ejemplo, gas natural) se puede procesar en un sistema de separación antes de ser dirigido a un reactor de OCM. Dirigir una corriente de alimentación que contiene metano a un reactor de OCM a través de un sistema o subsistema de separación en lugar de a un reactor de OCM directamente puede proporcionar ventajas, que incluyen, pero no se limitan a aumentar la eficiencia del carbono del proceso, optimización del proceso de oCm para el procesamiento de metano y optimización del proceso de craqueo posterior al lecho (PBC) para el procesamiento de etano. Tal configuración puede dar como resultado un mayor dimensionamiento del recuperador para el sistema; sin embargo, en algunos casos (por ejemplo, cuando se usa gas natural de tubería de alta presión como materia prima, alta relación de reciclaje), el aumento del dimensionamiento del recuperador puede reducirse o moderarse. El sistema o subsistema de separación puede comprender una variedad de operaciones que incluyen cualquiera de las discutidas en la presente divulgación, tal como la eliminación de CO2 a través de un sistema de amina, lavado cáustico, secadores, desmetanizadores, desetanizadores y divisores de C2. En algunos casos, todo el metano y el etano en la corriente de alimentación que contiene metano (por ejemplo, gas natural) pasa a través de un sistema de separaciones o un subsistema de separaciones antes de pasar por un reactor de OCM. Algo o la totalidad del etano de la corriente de alimentación puede ser dirigida desde el sistema o subsistema de separación a la entrada de un reactor de OCM o a una unidad de craqueo posterior al lecho (PBC).
En algunas configuraciones, un sistema de OCM se puede operaren un ciclo, con al menos algunos de los productos de una unidad o subsistema siendo procesados o que han reaccionado en la siguiente unidad o subsistema (véase, por ejemplo, la Figura 1C). Por ejemplo, la alimentación 3202 de oxígeno (O2) 3201 y metano (CH4) se puede proporcionar a un 3203 reactor de OcM, que produce una corriente 3204 de producto de OCM que comprende etano (C2H6), etileno (C2H4), monóxido de carbono (CO) y/o dióxido de carbono (CO2) y calor. La corriente de producto de OCM puede luego alimentarse a un subsistema 3205 de conversión de etano (por ejemplo, un recipiente de craqueo o un craqueador de etano) en comunicación fluida con el reactor de OCM. El subsistema de conversión de etano también puede recibir una corriente 3206 de C2H6 adicional. El subsistema de conversión de etano puede convertir C2H6 (por ejemplo, craquear C2H6 en C2H4) con la ayuda del calor liberado por la reacción de OCM; este calor también se puede utilizar para craquear el C2H6 en la corriente adicional de C2H6. Una corriente 3207 de producto C2H4 puede entonces ser dirigida desde el subsistema de conversión de etano a un módulo 3208 de separaciones en comunicación fluida con el subsistema de conversión de etano. El módulo de separaciones puede enriquecer productos tales como C2H4 en la corriente de productos. El módulo de separaciones también puede oligomerizar C2H4 para formar compuestos que comprenden tres o más átomos de carbono (compuestos C3+). Una corriente 3209 de producto enriquecida enriquecida en compuestos C2H4 y/o C3+ puede recuperarse del módulo de separaciones. Una corriente 3210 ligera que comprende componentes tales como hidrógeno (H2) (por ejemplo, hidrógeno generado a partir del craqueo de C2H6) y CO y/o CO2 puede recuperarse del módulo de separaciones y dirigirse a un reactor 3211 de metanización en comunicación fluida con el módulo de separaciones. El reactor de metanización puede reaccionar H2 con CO y/o CO2 para formar una corriente 3212 de metanización que comprende CH4. La corriente metanizada puede luego ser dirigida al reactor de OCM para proporcionar metano adicional para el proceso de OCM. En algunos casos, la energía generada en la sección de conversión de metano en forma de vapor a alta presión, vapor a alta temperatura, calor, electricidad, calor transferido a través del intercambiador de calor gas-gas, calor transferido a través del intercambiador de calor gas-líquido u otras formas, puede utilizarse para proporcionar toda la energía y potencia necesarias para hacer funcionar toda la planta o el sistema. En algunos casos, un sistema o proceso cíclico puede operar con una eficiencia de carbono tal como las discutidas en esta divulgaación. Por ejemplo, tal sistema o proceso puede operar con una eficiencia de carbono de al menos aproximadamente el 50%, al menos aproximadamente el 55%, al menos aproximadamente el 60%, al menos aproximadamente el 65%, al menos aproximadamente el 70%, al menos aproximadamente el 75%, al menos aproximadamente el 80%, al menos aproximadamente el 85% o al menos aproximadamente el 90%. En algunos casos, tal sistema o proceso puede operar con una eficiencia de carbono de entre aproximadamente el 50% y aproximadamente el 85%, entre aproximadamente el 55% y aproximadamente el 80%, entre aproximadamente el 60% y aproximadamente el 80%, entre aproximadamente el 65% y aproximadamente el 85%. %, entre aproximadamente el 65% y aproximadamente el 80%, o entre aproximadamente el 70% y aproximadamente el 80%. En algunos casos, tal sistema o proceso (o método) puede operar de tal manera que la relación de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos y todos los átomos de carbono que entran al sistema es al menos aproximadamente 0.50, al menos aproximadamente 0.55, al menos aproximadamente 0.60, al menos aproximadamente 0.65, al menos aproximadamente 0.70, al menos aproximadamente 0.75, al menos aproximadamente 0.80, al menos aproximadamente 0.85 o al menos aproximadamente 0.90. En algunos casos, tal sistema o proceso puede operar de tal manera que la proporción de todos los átomos de carbono que salen del sistema como hidrocarburos y todos los átomos de carbono que entran al sistema está entre aproximadamente 0.50 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.55 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.60 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.80, o entre aproximadamente 0.70 y aproximadamente 0.80.
La Figura 1D y Figura IE muestra un proceso de ejemplo que comprende una unidad 3301 de OCM, un compresor 3302 de gas de proceso, una unidad 3303 de limpieza de gas de proceso, una unidad 3304 de separaciones criogénicas 3304, una unidad 3305 de fraccionamiento, una unidad 3306 de metanización y una unidad 3307 de eliminación de azufre. Una corriente 3311 de oxígeno se alimenta a la unidad de OCM, junto con una corriente 3314 de reciclaje C1 a partir de la unidad de metanización y una corriente 3315 de reciclaje C2 de la unidad de fraccionamiento. Una corriente 3312 de gas natural y una corriente 3313 de etano se alimentan a la unidad de eliminación de azufre. La salida de la unidad de OCM y la unidad de eliminación de azufre son dirigidas al compresor de gas de proceso y luego a la unidad de limpieza de gas de proceso, que elimina una corriente 3319 de CO2. La corriente de producto restante está dirigida a la unidad de separaciones criogénicas, donde componentes ligeros, que incluyen H2 y el CO o el CO2 se dirigen a la unidad de metanización y la corriente de producto restante, que incluye etileno y otros compuestos C2+, se dirige a la unidad de fraccionamiento. La unidad de fraccionamiento separa una corriente 3316 de etileno y una corriente 3317 de compuesto C3+ que comprende compuestos C3, compuestos C4 y compuestos C5+, así como el reciclado 3315 C2 que se dirige de nuevo a la unidad de OCM. La unidad de metanización convierte los componentes ligeros en metano, una primera porción del cual se recicla 3314 a la unidad de OCM y una segunda porción del cual se emite como gas 3318 de venta. Los caudales operativos para las corrientes de entrada son los siguientes: 20.3 MT/h de oxígeno 3311, 16.0 MT/h de gas natural 3312 y 2.9 MT/h de etano 3313. Los caudales operativos para las corrientes de salida son los siguientes: 9.0 MT/h de etileno 3316, 1.4 MT/h de compuestos C3+ 3317, 4.3 MT/h de gas de venta 3318 y 8.2 MT/h de CO2 3319. El contenido de carbono correspondiente de las corrientes de entrada son 972 kmol/h de carbono en la corriente 3312 de gas natural y 194 kmol/h de carbono en la corriente 3313 de etano. El contenido de carbono correspondiente de las corrientes de salida son 642 kmol/h de carbono en la corriente 3316 de etileno 3316, 96 kmol/h de carbono en la corriente 3317 de compuestos C3+, 247 kmol/h de carbono en la corriente 3318 de gas de ventas y 181 kmol/h de carbono en la corriente 3319 de CO2. Por lo tanto, la cantidad de entrada de carbono al sistema es 1166 kmol/h, y la cantidad de salida de carbono del sistema en los productos de hidrocarburos (por ejemplo, excluyendo el CO2) es 985 kmol/h, para una eficiencia de carbono resultante del 84.5%.
El calor de reacción (por ejemplo, el calor de reacción de OCM) se puede utilizar para suministrar parte, la mayor parte o toda la energía utilizada para hacer funcionar los sistemas y realizar los procesos de la presente divulgación. En algunos ejemplos, el calor de reacción se puede utilizar para suministrar al menos aproximadamente 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% o 100% de energía para sistemas operativos y relaizar procesos de la presente divulgación. Por ejemplo, el calor de reacción se puede usar para suministrar al menos aproximadamente el 80% o el 90% de toda la energía operar los sistemas o procesos de la presente divulgación. Esto puede proporcionar un sistema eficiente y sustancialmente autónomo con una entrada de energía externa reducida o incluso mínima.
Integración de procesos de OCM con otros procesos químicos
Existe una infraestructura para la producción química en todo el mundo. Esta infraestructura se implementa en prácticamente todos los continentes, se dirige a industrias de amplio espectro y emplea una amplia variedad de implementaciones diferentes de tecnologías similares o muy diferentes.
La presente divulgación proporciona sistemas y métodos para integrar sistemas y métodos de OCM con diversos procesos químicos, tales como producción de metanol (MeOH), producción de cloro (Ch) y de hidróxido de sodio (NaOH) (por ejemplo, proceso cloro-álcali), producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM), producción de amoníaco (NH3), procesos que tienen gas de síntesis (por ejemplo, mezclas de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) en cualquier proporción) o producción de derivados de olefinas.
Como se apreciará, los costes de capital asociados con cada uno de los tipos de instalaciones descritos anteriormente pueden oscilar entre decenas de millones y cientos de millones de dólares cada uno. Además, hay entradas y salidas de estas instalaciones, tanto en términos de energía como de materiales, que tienen costes adicionales asociados con estos, tanto financieros como de otro tipo, que pueden optimizarse adicionalmente en términos de coste y eficiencia. Además, debido a que las diferentes instalaciones tienden a optimizarse para las particularidades (por ejemplo, productos, condiciones de procesamiento) del mercado en el que existen, tienden a ser operadas de manera inflexible, en algunos casos sin la flexibilidad u opción de optimizar para su mercado dado. Los presentes inventores han reconocido sinergias sorprendentes al integrar OCM con los procesos químicos antes mencionados que pueden dar como resultado una economía mejorada y/o flexibilidad operativa.
En algunos casos, los procesos de OCM descritos en el presente documento se integran con un proceso de oligomerización de olefinas, tal como un proceso de etileno a líquidos ("ETL") como se describe en las patentes U.S. números de serie 14/099,614 y 14/591,850.
En algunos casos, el proceso de OCM puede dimensionarse para adaptarse a las necesidades de una planta de derivados de etileno. Tal sinergia puede liberar al productor de derivados de ser un comprador comercial de etileno, permitiendo al productor mayor coste de etileno y mayor certeza de suministro. Ejemplos de derivados de etileno incluyen polietileno, incluido polietileno de baja densidad (LDPE), polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) y polietileno de alta densidad (HDPE). Los derivados de etileno adicionales incluyen etilbenceno, estireno, ácido acético, monómero de acetato de vinilo, dicloruro de etileno, monómero de cloruro de vinilo, óxido de etileno y alfa olefinas.
Integración de procesos de OCM con procesos de metanol
Los procesos de OCM se pueden integrar con los procesos de producción de metanol para realizar sinergias inesperadas que incluyen potencialmente, pero no se limitan a (a) capacidad de metanol adicional con una modificación mínima o nula en la planta de metanol y (b) capacidad de etileno adicional con baja inversión y huella ambiental.
La Figura 3 muestra un ejemplo de un diagrama de flujo de bloques de una planta de metanol (por ejemplo, un proceso de metanol tradicional, reconociendo que se permiten realizaciones alternativas y se han emitido detalles para mayor claridad). Como se muestra, el gas natural 300 se puede utilizar como alimentación y combustible para el proceso. La alimentación 302 (por ejemplo, gas natural que proporciona los átomos de carbono para el producto de metanol) puede tener compuestos que contienen azufre eliminados en un módulo 304 de desulfuración antes de ser alimentados en un reformador de metano con vapor (SMR, unidad completa sombreada en gris) 306. El SMR también puede aceptar gas natural como combustible 308 (por ejemplo, gas natural que proporciona energía para la planta de metanol), que no necesariamente tiene que ser desulfurado. El efluente del reformador de metano con vapor es gas de síntesis, que puede tener calor recuperado en un módulo 310 de recuperación de calor y comprimirse en un módulo 312 de compresión. El gas de síntesis comprimido puede alimentarse al módulo 314 de síntesis donde se produce la conversión a metanol. Un módulo de síntesis de metanol adecuado puede tener un catalizador que es una mezcla de cobre, zinc y alúmina, y funciona a una presión entre aproximadamente 50 y aproximadamente 100 atmósferas y una temperatura de aproximadamente 250°C. La producción de gas de síntesis produce 3 moles de H2 por mol de CH4, mientras que la estequiometría de la formación de metanol a partir del gas de síntesis consume solo 2 moles de H2. Por tanto, el exceso de H2 (y el CH4 sin reaccionar) puede purgarse 316 del módulo de síntesis y separarse en un módulo 318 de separación de gas (por ejemplo, un dispositivo de adsorción oscilante de presión). El módulo de separación puede producir combustible 320 adicional para el SMR y un coproducto 322 de H2. El producto 324 de metanol puede enriquecerse (por ejemplo, mediante un módulo 326 de destilación). En algunos casos, el exceso de H2 se utiliza como combustible (no se muestra).
En la Figura 4 se muestra un proceso combinado que integra OCM con la producción de metanol. 4, donde los numerales iguales representan elementos iguales. La porción de OCM del proceso combinado puede aceptar la materia prima 414 de gas natural desulfurado e incluir un módulo 400 de reacción de OCM, un módulo 402 de compresión de gas de proceso 402, un módulo de eliminación de CO2 (por ejemplo, limpieza de gas de proceso) 404, un módulo 406 de secado y un módulo de separaciones (por ejemplo, un desmetanizador criogénico) 408. En algunos casos, el módulo de separación produce los compuestos C2+ 410. Los compuestos C2+ pueden refinarse adicionlamente y/o enviarse a un craqueador (por ejemplo, a la sección de separación de un craqueador). Nótese que el proceso de OCM no requiere un módulo de metanización. La reacción de OCM puede producir vapor 412 sobrecalentado a alta presión (HPSH) que se puede usar en el proceso y/o para producir energía usando una turbina de vapor.
Continuando con la Figura 4, la porción OCM del proceso puede producir una corriente de metano que no se convirtió en compuestos C2+ 416 en la reacción de OCM. Esta corriente 416 puede tener H2 y CO además de metano y puede usarse como alimentación del proceso de producción de metanol (por ejemplo, en el SMR) y/o como combustible para el proceso (línea discontinua) 418. La corriente de CO2420 del proceso de OCM también se puede usar en el módulo 314 de síntesis de metanol para producir un mol de metanol y un mol de agua a partir de un mol de CO2 y 3 moles de H2. El coproducto de agua se puede eliminar en el módulo 326 de destilación.
El proceso combinado de OCM-metanol tiene considerables beneficios económicos y ambientales. En algunos casos, el CO2 de OCM 420 se puede utilizar para reequilibrar el gas de aporte en el módulo de síntesis y convertir parte o todo el exceso de H2 en metanol (por ejemplo, el caudal de la corriente 322 puede ser cero o muy pequeño en comparación con el caudal sin integración OCM). Además, la capacidad del reformador 306 puede aumentarse automáticamente debido a la naturaleza "preformada" de la cabeza 416 del desmetanizador de OCM (por ejemplo, ya contiene algo de H2 y CO). Esto puede ser útil para reemplazar una bobina de alimentación mixta. En algunos casos, el único coste asociado con la producción de metanol adicional debido a la integración de OCM es la pérdida de valor del coproducto H2322 en situaciones en las que esa corriente es monetizable o monetiza realmente. Tales esquemas de integración pueden dar como resultado una eficiencia mejorada de un sistema de metanol existente, por ejemplo, utilizando el exceso de H2 al hacer reaccionar con el CO2 producido a partir de una unidad de OCM para producir un producto de metanol más valioso. Dependiendo de la capacidad del proceso de OCM, un sistema de OCM-metanol integrado puede llevarse a un proceso de baja emisión y alta eficiencia de carbono.
Al modernizar una planta de metanol existente, el proceso de OCM se puede dimensionar a la cantidad deseada de producción extra de metanol. Desde la perspectiva de OCM, construir un proceso de OCM para que se integre con una planta de metanol puede requerir mucho menos capital que construir un proceso de OCM independiente, por ejemplo, debido a la reducción o eliminación de la necesidad de equipos de fraccionamiento y metanización. El proceso de OCM también puede utilizar los servicios de las plantas de metanol existentes, tales como el vapor. En algunos casos, el proceso combinado produce una cantidad mínima o nula de compuestos NOx y SOx.
El proceso combinado de OCM-metanol puede ser aproximadamente 100% eficiente en carbono (por ejemplo, con referencia a la Figura 4, todos los átomos de carbono introducidos en el proceso 300 terminan en el metanol 324 o los compuestos C2+ 410). En algunos casos, el proceso combinado es menos del 100% eficiente en carbono, por ejemplo, mayor o igual a aproximadamente el 99%, mayor o igual a aproximadamente el 98%, mayor o igual a aproximadamente el 97%, mayor o igual a aproximadamente 96%, mayor o igual a aproximadamente 95%, mayor o igual a aproximadamente 93%, mayor o igual a aproximadamente 90%, mayor o igual a aproximadamente 85%, mayor o igual a aproximadamente 80%, o mayor mayor o igual a aproximadamente un 75% de eficiencia de carbono.
En algunos casos, con referencia a la Figura 5, las plantas de metanol 500 están ubicadas cerca de los craqueadores 502 y/u otros procesos 504 que usan gas natural (por ejemplo, dentro de 1, 5, 10, 20, 50, 100, 200 millas o más). En algunos casos, estos procesos comparten una infraestructura de tuberías y/o pueden acceder a una infraestructura de tuberías para transportar gas natural, etileno, hidrógeno y otros productos químicos. Estos procesos pueden convertir el gas natural 506 en una combinación de metanol 508, hidrógeno 510, etileno 512 y otros productos 514. El OCM se puede integrar con cualquier combinación de estos procesos (por ejemplo, 500, 502 y 504) en un número de formas como se muestra en la Figura 6, Figura 7 y Figura 8.
La Figura 6 muestra un "caso de renovación mínima" en el que un proceso 600 de OCM acepta gas natural 506 y proporciona CO2602 a un proceso 500 de metanol y etileno crudo 604 a un craqueador 502. El etileno se puede refinar para obtener un producto terminado (por ejemplo, etileno de calidad polimérica) 512 utilizando la capacidad de fraccionamiento del craqueador. En este caso, el proceso de OCM puede dimensionarse para aceptar una cantidad de gas natural que sea sustancialmente equivalente a la entrada de gas natural de la planta de metanol (por ejemplo, aproximadamente 60 a 70 MMSCFD). Esta capacidad de OCM puede dar como resultado aproximadamente 25-30 kTa adicional de etileno y aproximadamente 15% a 20% adicional de metanol producido. En algunos casos, para el caso de renovación mínima, la única inversión de capital es para la unidad 600 de OCM y, en algunos casos, el reemplazo de la bobina de alimentación mixta en el SMR.
La Figura 7 muestra un "caso de renovación media" donde un proceso 700 de OCM acepta gas natural 506 y proporciona CO2702 a un proceso 500 de metanol y etileno crudo 704 a un craqueador 502. En este caso, el proceso de OCM puede dimensionarse para aceptar una cantidad de gas natural que sea sustancialmente equivalente a la entrada 706 de gas natural de la planta de metanol y la entrada 708 de combustible del craqueador (por ejemplo, aproximadamente de 140 a 150 MMSCFD). Esta capacidad de OCM puede dar como resultado aproximadamente 60­ 80 kTa adicional de etileno y aproximadamente 30% a 40% adicional de metanol producido. En algunos casos, para el caso de renovación media, se necesita una inversión de capital para la unidad 700 de OCM y la eliminación de cuellos de botella de metanol (por ejemplo, reformador, compresor de gas de síntesis, módulo de síntesis y columna de destilación).
La Figura 8 muestra un "caso de renovación de máxima eficiencia" donde el tamaño del proceso de OCM no está restringido. Por ejemplo, todo el gas natural que ingresa a un complejo petroquímico completo se puede espumar. Un proceso 800 de OCM acepta gas natural 506 y proporciona CO2802 a un nuevo módulo 804 de síntesis de metanol. En algunos casos, el nuevo módulo 804 de síntesis de metanol acepta H2806 de diversas fuentes, incluido un proceso 500 de metanol existente y/o un craqueador 502. El El nuevo módulo 804 de síntesis de metanol puede proporcionar metanol crudo 808 al proceso de metanol existente para refinarlo a un producto 508 de metanol. Como en los otros escenarios de renovación, el etileno crudo 810 se puede refinaren un craqueador 502. En algunos casos, el OCM da como resultado aproximadamente 150-200 kTa de etileno adicional, la integración da como resultado aproximadamente un 60% a un 70% de metanol adicional producido. En algunos casos, para el caso de renovación de máxima eficiencia, se necesita inversión de capital para la unidad de OCM, un nuevo módulo de síntesis de metanol (alimentado con el exceso de H2 en todo el complejo y CO2 de OCM) y, en algunos casos, la eliminación de cuellos de botella de la destilación de metanol. Los diversos casos de renovación no son mutuamente excluyentes y pueden diseñarse como fases sucesivas del proyecto. Además, las plantas de mayor capacidad se pueden combinar con plantas de producción de metanol más grandes.
Integración de procesos de OCM con procesos de cloro-álcali
Con referencia a la Figura 9, el proceso 900 cloro-álcali es un proceso industrial para la electrólisis de cloruro de sodio (NaCl) 902 para producir gas cloro (Ch) 904 e hidróxido de sodio (NaOH) 906. El proceso típicamente se realiza con una solución acuosa de cloruro de sodio (NaCl)) (por ejemplo, el proceso utiliza agua 908) y produce un coproducto de hidrógeno (H2) 910. Se pueden usar otros compuestos de cloruro, tales como cloruro de litio (LiCl), cloruro de potasio (KCl), cloruro de calcio (CaCh) y cloruro de magnesio (MgCh) e hidratos de los mismos. El proceso de cloroálcali consume una cantidad considerable de energía eléctrica 912. Hay tres métodos de cloro-álcali que se utilizan actualmente en la industria, denominados plantas de membrana, plantas de diafragma y plantas de mercurio. Se están desarrollando nuevas celdas y procesos electroquímicos que, por ejemplo, usan un intermedio de cloruro metálico, tal como se describe en las solicitudes de patente U.S. Números de serie 12/989,785, 12/721,545, 12/375,632 y 12/541,055. Cada tipo de proceso de cloro-álcali puede integrarse con OCM para realizar las sorprendentes sinergias descritas en este documento.
La Figura 10 muestra una ilustración esquemática de un proceso 100 de OCM integrado con un proceso 900 de cloroálcali. El proceso de OCM consume oxígeno (O2) 1002 y metano 1004 (por ejemplo, gas natural) y produce compuestos C2+ tales como etileno 1006. El proceso de OCM puede aceptar H2910 del proceso de cloro-álcali (por ejemplo, en el módulo 110 de metanización como se muestra en la Figura 1A) para la conversión de CO y/o CO2 en metano adicional para reciclarlo al reactor de OCM. El proceso de OCM es exotérmico y el calor de reacción se puede convertir en electricidad 912 (por ejemplo, cogeneración) para su uso en el proceso cloro-álcali.
Integración de procesos de OCM con EDC y/o proceso de VCM
La presente divulgación reconoce ciertas sinergias inesperadas que pueden lograrse integrando OCM con la producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM) y/o dicloruro de etileno (EDC) (por ejemplo, proceso de EDC/VCM). Esto se debe a que el proceso de EDC/VCM utiliza etileno como materia prima, pero no requiere etileno de grado polímero. Por lo tanto, el proceso de OCM no requiere un capital significativo y gastos operativos asociados con la purificación de etileno.
Con referencia a la Figura 11, el etileno 1100 puede ser proporcionado por OCM (no mostrado). El etileno puede ser aproximadamente 99.99%, aproximadamente 99.95%, aproximadamente 99.9%, aproximadamente 99.5%, aproximadamente 99%, aproximadamente 97%, aproximadamente 95%, aproximadamente 93%, aproximadamente 90%, aproximadamente 85%, aproximadamente 80%, aproximadamente 75 %, o aproximadamente un 70% de pureza sobre una base en masa. En algunos casos, el etileno es menos de aproximadamente 99.99%, menos de aproximadamente 99.95%, menos de aproximadamente 99.9%, menos de aproximadamente 99.5%, menos de aproximadamente 99%, menos de aproximadamente 97%, menos de aproximadamente 95%, menos de aproximadamente 93%, menos de aproximadamente 90%, menos de aproximadamente 85%, menos de aproximadamente 80%, menos de aproximadamente 75% o menos de aproximadamente 70% de pureza sobre una base en masa. En algunos casos, el etileno es mayor de aproximadamente 70%, mayor de aproximadamente 75%, mayor de aproximadamente 80%, más de aproximadamente 85%, más de aproximadamente 90%, más de aproximadamente 93%, más de aproximadamente 95%, más de aproximadamente 97%, más de aproximadamente 99%, más de aproximadamente 99.5%, más de aproximadamente 99.9%, más de aproximadamente 99.95% o más de aproximadamente 99.99% de pureza sobre una base en masa.
Continuando con la Figura 11, el etileno 1100 se puede añadir a un reactor 1102 de cloración directa y/o un reactor 1104 de oxicloración 1104. El reactor 1102 de cloración directa usa gas cloro (Ch) 1106 como reactivo y el reactor 1104 de oxicloración usa oxígeno (O2) 1108 y ácido clorhídrico (HCl) 1110 como reactivos. E1HCl puede producirse en el proceso y reciclarse al reactor 1104 de oxicloración. Un primer módulo 1112 de separaciones puede usarse para enriquecer un producto de EDC 1114. Una porción de EDC puede craquearse en un horno 1116 usando, por ejemplo, energía derivada del gas natural 1118 y/o H21120. El EDC craqueado se puede separar en un segundo módulo 1122 de separaciones para proporcionar una corriente 1124 de producto VCM y HCl 1126, que se pueden reciclar 1110 al reactor 1104 de oxicloración.
Algunos procesos de cloro-álcali están integrados con la producción de monómero de cloruro de vinilo (VCM) y/o dicloruro de etileno (EDC). Como se muestra en la Figura 12, algo del Ch 904 producido por el proceso 900 de cloro-900 se puede usar en el proceso 1200 de EDC/VCM (por ejemplo, en el reactor 1102 de cloración directa). Además, una parte o la totalidad del H2910 producido por el proceso 900 de cloro-álcali se puede utilizar en el proceso 1200 de EDC/VCM (por ejemplo, como combustible 1120 para el horno 1116 de craqueo EDC). El combustible adicional para el horno de craqueo de EDC se puede derivar del gas natural 1118. El proceso consume etileno 1100 y algunos de los productos del proceso combinado de cloro-álcali y EDC/VCM incluyen el producto de EDC 1114, VCM 1124 y HCl 1126.
En algunos casos, como se muestra en la Figura 13, OCM se puede integrar tanto con un proceso de EDC/VCM como con un proceso de cloro-álcali. En este caso, el proceso 900 de cloro-álcali proporciona H21300 al proceso de OCM, el proceso de OCM proporciona energía eléctrica 1302 al proceso de cloro-álcali y el proceso de OCM proporciona etileno 1304 al proceso 1200 de EDC/VCM.
En algunos casos, un proceso de cloro-álcali modificado se integra con un proceso de producción de EDC modificado en el que el Ch no se produce como un intermedio. En su lugar, se puede producir una solución de cloruro de metal (por ejemplo, CuCh) como el intermedio, por ejemplo, como se describe en la Solicitud de Patente U.S. número de serie 14/446,791. OCM también se puede integrar con estas instalaciones como se describe en este documento.
Los procesos de la presente divulgación pueden aprovechar las sinergias que se hacen posibles mediante la integración de OCM a unidades de producción de cloro-álcali, EDC o VCM. Una unidad de OCM puede encajar bien entre las entradas y salidas de los dos procesos; El OCM puede producir etileno y energía, que pueden ser los principales insumos para los procesos de cloro-álcali, EDC o VCM. Los procesos de cloro-álcali pueden producir hidrógeno como coproducto principal, que se puede utilizar en una unidad de OCM (en lugar de ser quemados o ventilados) para reducir o eliminar las emisiones de CO2 e impulsar la eficiencia del carbono hacia o hasta el 100%. Los procesos de EDC pueden operar con etileno de grado no polimérico (los alcanos son inertes en los procesos de EDC), por lo que la unidad de separación de una unidad de OCM puede producir etileno de grado químico, lo que puede dar como resultado un gasto de capital reducido (capex). Además, la escala típica de EDC puede coincidir con implementaciones de OCM a pequeña escala.
La Figura 14 muestra un ejemplo de un proceso que integra OCM con un proceso de cloro-álcali de tipo diafragma. La capacidad de producción del proceso de cloro-álcali es de al menos unas 300,000 toneladas por año (300 kTa) de cloro. La capacidad de producción del proceso de OCM es de al menos unas 100,000 toneladas por año (100 kTa) de etileno. La cogeneración con el proceso de OCM puede producir alrededor de 100-120 ton/hr de vapor y alrededor de 80-120 MW de potencia.
La sal 1401 y el agua 1402 se alimentan a una unidad de saturación de salmuera 1403, y la salmuera purificada 1404 se alimenta luego a una unidad 1405 de electrólisis. La electrólisis de la salmuera purificada en el proceso de cloroálcali utiliza la potencia 1414 (por ejemplo, hasta aproximadamente 2970 kWh portonelada de Ch producido); al menos una porción de esta energía se puede proporcionar 1415 a partir de la cogeneración con el proceso de OCM (por ejemplo, aproximadamente 80-120 MW). Una corriente de producto de cloro puede someterse a tratamiento y licuefacción 1406 antes de salir como producto de cloro 1407 (por ejemplo, al menos aproximadamente 300 kTa). Una corriente de hidrógeno puede someterse a enfriamiento y eliminación de oxígeno 1408 antes de su uso posterior; el hidrógeno 1409 (por ejemplo, al menos aproximadamente 8400 kTa o al menos aproximadamente 950 kg/h) puede ser dirigido a una unidad de metanización en el proceso de OCM, por ejemplo. Se puede producir una corriente de producto de sosa cáustica 1411 (por ejemplo, 50% de soda cáustica) (por ejemplo, aproximadamente 338.4 kTa) después de la concentración y enfriamiento 1410. Una corriente 1416 de sal recuperada se puede reciclar a la unidad de saturación de salmuera. El proceso de enfriamiento puede utilizar vapor 1412 (por ejemplo, hasta aproximadamente 610 kWh por tonelada de Ch), al menos una porción del cual se puede proporcionar 1413 de la cogeneración 1430 con el proceso de OCM (por ejemplo, aproximadamente 100-120 ton/hr). Se supone que 1 tonelada de vapor equivale a 250 kWh a 19 bar. Los procesos están integrados con respecto a la energía eléctrica, hidrógeno y vapor. El gas natural 1420 y el etano 1421 se pueden alimentar a un reactor 1422 de OCM con otros reactivos y hacer reaccionar en un proceso de OCM. Puede emplearse el craqueo 1423 posterior al lecho para producir etileno adicional. El CO2 se puede eliminar en una unidad 1424 de eliminación de CO2 y alimentar a una unidad 1425 de metanización. La corriente de producto de OCM se puede procesar adicionalmente en una unidad 1426 de secado, una unidad desmetanizadora 1427 y una unidad de hidrogenación de C21428, produciendo una corriente de etileno 1429.
La Figura 15 muestra un balance de materia y energía para el proceso mostrado en la Figura 14. Todo el hidrógeno electrolítico se usa en la unidad 1501 de OCM. El proceso de o Cm proporciona una porción del vapor 1502 usado por la unidad 1503 de electrólisis (por ejemplo, proceso cloro-álcali). La unidad de electrólisis produce al menos aproximadamente 300 kTa de cloro 1504 y al menos aproximadamente 338.4 kTa de sosa cáustica 1505, así como al menos aproximadamente 950 kg/h de hidrógeno 1506 que se alimenta a la unidad de OCM. El proceso de cloro-álcali recibe aproximadamente 80-120 MW de potencia 1507 del proceso de OCM, y una potencia adicional 1508 de al menos aproximadamente 104 MW de otras fuentes. El proceso de cloro-álcali también recibe sal 1513 y agua 1514. La unidad de OCM produce al menos aproximadamente 100 kTa de etileno 1509 (por ejemplo, al menos aproximadamente 0.3 toneladas de etileno por tonelada de Cl2 producido por el proceso de cloro-álcali), así como al menos aproximadamente 85 ton/h de vapor (por ejemplo, hasta aproximadamente 610 kWh por tonelada de Ch) que se alimenta a la unidad de electrólisis. La unidad de o Cm consume aproximadamente 40-50 MMSCFD de gas natural 1510, aproximadamente 15-18 MMSCFD de oxígeno 1511 y aproximadamente 6-9 MMSCFD de etano 1512.
Integración de procesos de OCM con un proceso de amoníaco
La presente divulgación proporciona técnicas que pueden emplear ventajosamente ciertas sinergias inesperadas que se pueden lograr integrando OCM con la producción de amoniaco (NH3). En algunos casos, un proceso de amoníaco existente se moderniza con un proceso de OCM. Estas sinergias pueden incluir el aumento de la capacidad de una porción de reformado de un proceso de amoniaco, en algunos casos sin modificación del reformador de metano con vapor y/o reformador secundario. En algunos casos, tal expansión de la capacidad de reformado se puede lograr sin sobrecargar otras operaciones unitarias que conducen al módulo de síntesis de amoníaco (por ejemplo, el "circuito de síntesis"). Por lo tanto, la adición de un proceso de OCM a un proceso de producción de amoníaco se puede realizar sin el importante gasto operativo y de capital que puede estar asociado con la purificación del etileno.
Con referencia a la Figura 16, un proceso de amoníaco puede comprender un reformador de metano con vapor 1600, un reformador secundario 1602, un módulo 1604 de recuperación de calor, una unidad 1606 de conversión de deslazamiento de agua-gas, un módulo 1608 de separación de CO2, un reactor 1610 de metanización, un compresor 1612 de gas de síntesis y un módulo 1614 de síntesis y separación de amoniaco. El módulo de síntesis de amoniaco puede ser una implementación del proceso catalítico de Haber-Bosch.
Después del proceso de amoníaco, el reformador de metano con vapor 1600 puede aceptar gas natural (por ejemplo, como materia prima) 1616 y combinarlo con vapor 1618. La materia prima puede entrar en el lado del tubo del s Mr , por ejemplo a una temperatura de aproximadamente 500°C. Se puede suministrar una gran cantidad de calor a los tubos del SMR, por ejemplo, mediante la combustión de combustible 1620 de gas natural en la sección de radiación del SMR, con el fin de calentar la alimentación de reacción (por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 740 a aproximadamente 800°C) y mantienen una reacción de reformación endotérmica que produce gas de síntesis (por ejemplo, a través de la reacción CH4 H2O <— > CO 3H2. cuyo calor de reacción también puede ser suministrado por el combustible 1620 de gas natural). Debido a que el reformado es una reacción de equilibrio, es una cierta porción del metano puede que no se convierta en gas de síntesis en el SMR (por ejemplo, aproximadamente el 8-15%). El efluente de SMR puede ser dirigido a un reformador 1602 secundario donde se añade aire 1622 para reducir la concentración de metano (CH4) a aproximadamente 0.3-1.2%, tal como mediante una combinación de reacciones de combustión y reformado. En este punto, la temperatura de la corriente puede ser tan alta como aproximadamente 900-1000°C; se puede usar un módulo 1604 de recuperación de calor para bajar la temperatura y recuperar energía, tal como mediante la generación de vapor sobrecalentado a alta presión. A continuación, el producto enfriado puede entonces ser dirigido a un reactor 1606 de desplazamiento de agua-gas para producir más hidrógeno (por ejemplo, mediante la reacción CO H2O <— > CO2 H2). En este punto, la relación de H2 a N2 puede ser de aproximadamente 3, lo que puede coincidir con la estequiometría de reacción para la producción de amoníaco. Luego, el CO2 se puede eliminar 1624 en un módulo 1608 de separación, dejando aproximadamente 5-50 ppm de CO2 y aproximadamente 0.1-0.4% de CO2. CO2 y CO pueden ser venenos fuertes para los catalizadores de síntesis de amoníaco, por lo que las cantidades residuales de CO2 y CO se pueden convertir en metano (el cual es inerte en la reacción de síntesis de amoníaco) en un reactor 1610 de metanización. Se pueden usar un compresor 1612 de gas de síntesis y un módulo 1614 de síntesis y separación de amoníaco para completar el proceso y producir amoníaco 1626. Téngase en cuenta que, para mayor claridad, puede que no se hayan mostrado o descrito diversas corrientes y unidades, tales como la purificación de amoniaco.
En un proceso de amoniaco, el grado de reacción en el reformador 1602 secundario puede limitarse por la cantidad de aire 1622, ya que el nitrógeno (N2) de esta corriente de aire puede ser la fuente de N2 para la producción de amoniaco. Sin embargo, integrar y/o modernizar un proceso de amoniaco con un proceso de OCM puede obviar esta limitación, además de proporcionar beneficios adicionales, incluidos los que se describen en el presente documento.
Con referencia a la Figura 16, el proceso de OCM puede comprender una unidad de separación de aire (ASU) 1628, un reactor 1630 de OCM, un módulo 1632 de recuperación de calor, un módulo 1634 de compresión, una unidad 1636 de eliminación de CO2, un módulo 1638 secador, un módulo 1640 desmetanizador, y un módulo 1642 de fraccionamiento. Después del proceso de OCM, la ASU puede separar el aire en una corriente 1644 de nitrógeno, que se puede alimentar al proceso de amoníaco para proporcionar una fuente de reactivo N2 limpio (por ejemplo, que no tenga compuestos oxigenados tales como CO o CO2). En algunos casos, se pueden utilizar otros procesos (por ejemplo, separaciones) para proporcionar aire y nitrógeno. Por ejemplo, se puede utilizar una unidad de adsorción por cambio de presión (PSA) para proporcionar O2 y N2. El módulo 1614 de síntesis de amoniaco puede funcionar a una presión de aproximadamente 80 a 200 bares. La corriente 1644 de nitrógeno se puede comprimir a presión de funcionamiento en un compresor 1646 auxiliar o en el compresor de gas de síntesis del proceso 1612 de amoníaco. El oxígeno (O2) 1648 producido por la ASU 1628 se puede suministrar tanto al reactor 1630 de OCM como al reformador secundario del proceso 1602 de amoniaco (por ejemplo, compensar o complementar O2 del aire 1622). Continuando con el proceso de OCM, el oxígeno puede reaccionar con metano 1650 (por ejemplo, de gas natural) para producir etileno. La presión puede aumentar y el calor, el CO2 y el agua se pueden recuperar en una serie de unidades (por ejemplo, 1632, 1634, 1636 y 1638 en cualquier orden). En algunos casos, el CO2 del proceso 1624 de amoniaco y/o el proceso 1652 de OCM se pueden utilizar en procesos que incluyen, pero no se limitan a, metanol, cloro-álcali, urea y combinaciones de los mismos. La corriente 1654 de cabeza del desmetanizador 1640 puede comprender metano no convertido del proceso de OCM que se puede utilizar para complementar y/o compensar el gas natural al SMR del proceso 1600 de amoníaco. Dado que esta corriente 1654 de cabeza puede tener H2 (por ejemplo, aproximadamente el 10%) y CO (por ejemplo, aproximadamente el 1.5%), la corriente ya está parcialmente reformada. Los fondos del desmetanizador 1640 se pueden enviar al módulo 1642 de fraccionamiento para producir el producto 1656 de etileno.
Integrar y/o modernizar un proceso de amoniaco con un proceso de OCM puede dar como resultado H2 y/o NH3 adicionales producidos (por ejemplo, al menos aproximadamente el 5%, al menos aproximadamente el 10%, al menos aproximadamente el 15%, al menos aproximadamente el 20%, al menos aproximadamente un 25%, al menos aproximadamente un 30%, al menos aproximadamente un 35% o al menos aproximadamente un 40% de H2 y/o NH3 adicionales en comparación con un proceso de amoniaco sin OCM). Esta expansión de la capacidad puede surgir de cualquier combinación de un número de efectos, tales como: (a) el proceso de OCM puede suministrar al proceso de amoníaco algún material parcialmente reformado (es decir, aproximadamente un 10% de H2 y aproximadamente un 1.5% de CO en la cabeza 1654 del desmetanizador); (b) a diferencia del gas natural, la cabeza 1654 del desmetanizador puede carecer de "hidrocarburos superiores" (por ejemplo, alcanos C2+). por lo tanto, el umbral de temperatura en el que puede producirse la coquización puede ser más alto y, en consecuencia, la temperatura de entrada del SMR puede elevarse (por ejemplo, elevarse desde aproximadamente 500°C hasta aproximadamente 550°C o aproximadamente 600°C), lo que permite que el calor suministrado en la sección de radiación de SMR vaya hacia el calor de reacción en lugar de proporcionar un aumento de temperatura, y así aumentar la producción de gas de síntesis realizada por la propia unidad de SMR; y/o (c) el suministro de nitrógeno limpio (N2) 1644 puede romper el límite estequiométrico de aire 1622 como la única fuente de nitrógeno, esto acoplado con la suplementación de O2 1658 puede permitir que se lleve a cabo relativamente más reformado en el reformador 1602 secundario, permitiendo una mayor cantidad de deslizamiento de CH4 del SMR (por ejemplo, aproximadamente 15-25% en lugar de 8-15% de metano no convertido).
En algunos casos, las unidades de proceso entre el reformado y la síntesis de amoníaco no necesitan que se eliminen los cuellos de botella o que sea expandida la capacidad porque, mientras se produce H2 extra, el N2 ingresa al proceso después de estas etapas (es decir, en 1644 en lugar de con el aire 1622), por lo que el flujo total del proceso se mantiene relativamente sin cambios.
En algunos casos, el circuito de síntesis 1614 de amoníaco 1614 requiere una expansión en una renovación, sin embargo, este es un artículo de capital relativamente bajo en comparación con el resto de las unidades de proceso de amoníaco y tal renovación da como resultado un aumento del producto de amoníaco 1626.
Los sistemas y métodos de la presente divulgación pueden ser eficientes en nitrógeno y/o energéticamente eficientes. En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una eficiencia de nitrógeno de al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 55%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 65%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 75%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 85% o al menos aproximadamente 90%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de nitrógeno que salen del sistema como productos de nitrógeno a todos los átomos de nitrógeno que entran al sistema de al menos aproximadamente 0.4, al menos aproximadamente 0.50, al menos aproximadamente 0.55, al menos aproximadamente 0.60, al menos aproximadamente 0.65, al menos aproximadamente 0.70, al menos aproximadamente 0.75, al menos aproximadamente 0.80, al menos aproximadamente 0.85, al menos aproximadamente 0.90 o al menos aproximadamente 0.95.
En algunos casos, los sistemas o métodos de la presente divulgación tienen una eficiencia de nitrógeno de entre aproximadamente 50% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 80%, o entre aproximadamente 70% y aproximadamente 80%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de nitrógeno que salen del sistema como productos de nitrógeno a todos los átomos de nitrógeno que entran al sistema de entre aproximadamente 0.50 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.55 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.60 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.80, o entre aproximadamente 0.70 y aproximadamente 0.80.
En algunos casos, la eficiencia del nitrógeno es de al menos aproximadamente el 50%, al menos aproximadamente el 55%, al menos aproximadamente el 60%, al menos aproximadamente el 65%, al menos aproximadamente el 70%, al menos aproximadamente el 75%, al menos aproximadamente el 80%, al menos aproximadamente el 85% o al menos aproximadamente el 90%. En algunos casos, la eficiencia del nitrógeno está entre aproximadamente 50% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 55% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 60% y aproximadamente 80%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 85%, entre aproximadamente 65% y aproximadamente 80%, o entre aproximadamente un 70% y aproximadamente un 80%. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de nitrógeno que salen del sistema como productos de nitrógeno a todos los átomos de nitrógeno que entran al sistema de al menos aproximadamente 0.60, al menos aproximadamente 0.65, al menos aproximadamente 0.70, al menos aproximadamente 0.75, al menos aproximadamente 0.80, al menos aproximadamente 0.85 o al menos aproximadamente 0.90. En algunos casos, un sistema de la presente divulgación o método para su uso tiene una relación de todos los átomos de nitrógeno que salen del sistema como productos de nitrógeno a todos los átomos de nitrógeno que entran al sistema de entre aproximadamente 0.50 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.55 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.60 y aproximadamente 0.80, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.85, entre aproximadamente 0.65 y aproximadamente 0.80, o entre aproximadamente 0.70 y aproximadamente 0.80.
Integración de procesos de OCM con un proceso de metanol a propileno (MTP)
La Figura 17 muestra un proceso de OCM de ejemplo para la integración con un proceso de metanol a propileno (MTP). Se alimentan gas natural 1701 y oxígeno 1702 a un reactor 1703 de OCM. Se produce vapor 1704 sobrecalentado a alta presión (HPSH) a partir de la unidad de OCM. La corriente de producto de OCM se alimenta a una unidad 1705 de craqueo posterior al lecho y luego a una unidad 1706 de eliminación de CO2. El CO2 recuperado es dirigido para su uso en una corriente 1707 de gas de síntesis equilibrada. La corriente de producto de OCM es dirigida adicionalmente a través de una unidad 1708 de secado y una unidad 1709 desmetanizadora. Los compuestos C2+ 1710 se recuperan del desmetanizador, mientras que el metano no convertido y otros componentes ligeros, incluidos H2 y CO 1711, pueden ser dirigidos a un reformador (por ejemplo, un reformador de metano con vapor) 1712 y 1713. Los componentes luego se agregan a la corriente de gas de síntesis balanceado.
La Figura 18 muestra un esquema de integración de ejemplo para un proceso de OCM y un proceso de MTP. El gas natural y el oxígeno se alimentan a una unidad 1801 de OCM con una región de craqueo posterior al lecho. La corriente de producto de OCM se procesa luego en una unidad 1802 de eliminación de CO2, una unidad 1803 de secado y una unidad 1804 desmetanizadora. En paralelo, una corriente de metano (por ejemplo, gas natural) se alimenta a una unidad 1810 de gas de síntesis, junto con un corriente de metano de la unidad desmetanizadora. La corriente de gas de síntesis se alimenta a una unidad 1811 de síntesis de metanol, junto con el CO2 de la unidad de eliminación de CO2. El metanol de la unidad de síntesis de metanol se alimenta luego a una unidad 1812 de síntesis de metanol a propileno, y la corriente de producto de MTP se alimenta a una unidad 1813 de recuperación. La corriente de producto C2+ de la unidad desmetanizadora también se alimenta a la unidad de recuperación. Una corriente 1814 de etileno, una corriente 1815 de propileno y una corriente de compuestos C4 1816 se recuperan de la unidad de recuperación.
Integración de procesos de OCM con un proceso de gas natural licuado (LNG)
Los procesos de OCM y/o ETL se pueden integrar con procesos de gas natural licuado (LNG).
Por ejemplo, un proceso de LNG se puede integrar con los procesos de OCM y ETL para la producción de combustible. Tal proceso puede convertir metano, etano y, opcionalmente, propano en combustible como gasolina de alto octanaje. Los gastos de capital (CapEx) se pueden reducir debido a sinergias y superposición en el equipo necesario, tal como el equipo de separación de productos. Un producto combustible, tal como la gasolina, puede mezclarse con condensado del proceso de LNG o separarse a través de una columna dedicada.
La Figura 19 muestra una integración de los procesos de OCM y ETL con un proceso de LNG para la producción de combustible. Un sistema 1900 de preparación de gas de alimentación (por ejemplo, de una planta de procesamiento de gas) recibe gas en sus instalaciones 1901 de entrada de gas. Luego, la corriente se dirige a una unidad 1902 de tratamiento de gas con una unidad 1903 de regeneración de solvente, de la cual se recuperan CO2 y H2S 1904. La corriente se dirige luego a una unidad 1905 de deshidratación con una unidad 1906 de regeneración, de la cual se recupera el agua 1907. Luego, la corriente se dirige a una unidad 1908 de extracción de gas licuado de petróleo (LPG), de la cual se recupera el condensado y se envía al almacenamiento 1909 (por ejemplo, almacenamiento de LPG/C5+) y descarga 1910 para su transporte (por ejemplo, en barcos). El gas seco de la unidad de extracción de LPG se dirige a una unidad 1911 de licuefacción de LNG, desde la cual el producto de LNG se dirige al almacenamiento 1912 y descarga 1913 para su transporte (por ejemplo, en barcos). Al menos una porción del gas seco y C2 de la unidad de extracción de lPg puede dirigirse a una unidad 1914 de OCM. La corriente de producto de OCM puede dirigirse a una unidad 1915 de ETL, con productos combustibles (por ejemplo, gasolina de alto octanaje) mezclados con condensado del proceso de LNG o separados a través de una columna dedicada. Los productos ligeros y el metano sin reaccionar, por ejemplo, se pueden dirigir de regreso a la unidad de tratamiento de gas.
Los procesos de LNG también se pueden integrar con los procesos de OCM para la producción de polímeros. Por ejemplo, el metano y el etano se pueden convertir en un polímero (por ejemplo, polietileno). Los gastos de capital (CapEx) se pueden reducir debido a sinergias y superposición en el equipo necesario, tal como el equipo de separación de productos. El valor del polímero producido puede usarse para pagar los procesos de o Cm , el proceso de polimerización y para compensar el coste de un proceso de LNG, por ejemplo.
La Figura 20 muestra una integración de un proceso de OCM con un proceso LNG para la producción de polímeros. Los compuestos C2 de la unidad de extracción de LPG se dirigen a un divisor C22001. El etileno del divisor C2 se dirige a una unidad 2002 de polietileno, mientras que el etano del divisor C2 se dirige a la unidad de OCM.
Integración de procesos de OCM con un proceso de ácido oxálico/oxalato
Un proceso de OCM se puede integrar con la producción de ácido oxálico, oxalatos o derivados de los mismos. Por ejemplo, el CO2 producido en un proceso de OCM puede dirigirse a un reactor (por ejemplo, un reactor electroquímico) para su uso en la producción de ácido oxálico u oxalato. El CO2 limpio de OCM se puede convertir en oxalato o ácido oxálico y, opcionalmente, además en derivados que incluyen ácido glicólico, etilenglicol, ácido diglicólico, ácido nitriloacético, ácido glioxílico y ácido acético.
La Figura 21 muestra un esquema de ejemplo para la integración de OCM con la producción de ácido oxálico u oxalato. El metano (por ejemplo, gas natural) 2101 y el oxígeno 2102 se dirigen a una unidad 2103 de OCM. El CO22104 de la unidad de OCM y el hidrógeno 2105 se dirigen a un reactor (por ejemplo, acoplamiento electrocatalítico/electroquímico reductor del reactor de CO2) para producir ácido oxálico y/o oxalatos 2107. El ácido oxálico y/o los oxalatos pueden dirigirse a un reactor de hidrogenación 2108 para producir otros productos derivados 2109.
Integración de procesos de OCM con un proceso de etilenglicol
Un proceso de OCM se puede integrar con la producción de etilenglicol. Por ejemplo, el etileno producido en un proceso de OCM puede dirigirse a un reactor (por ejemplo, un reactor de oxidación) para su uso en la producción de óxido de etileno. El óxido de etileno se puede convertir luego en derivados que incluyen etilenglicol.
La Figura 22 muestra un esquema de ejemplo para la integración de OCM con la producción de etilenglicol. El metano (por ejemplo, gas natural) 2201 y el oxígeno 2202 se dirigen a una unidad 2203 de OCM para producir etileno 2204. El etileno y el oxígeno 2205 (por ejemplo, aire u oxígeno puro) se dirigen a un reactor de oxidación 2206, que produce óxido de etileno 2207. El óxido de etileno se dirige luego a un reactor de hidratación 2208 para producir etilenglicol 2209.
Integración de procesos de OCM con un proceso de propileno
Los procesos de OCM se pueden integrar con procesos para la producción de propileno, tal como en los procesos de metátesis. Las unidades de metátesis pueden convertir buteno-2 y etileno en propileno. El propileno producido puede ser de calidad polimérica y usarse como materia prima para producir polipropileno.
La reacción de metátesis puede utilizar una alimentación de etileno y una alimentación de olefínico C4 para producir propileno mediante una reacción de desproporción. En ausencia de una alimentación C4, el etileno se puede dimerizar para producir las olefinas C4 utilizadas para la metátesis. La olefina C4 puede ser una corriente rica en buteno-2 en la que el contenido de buteno-2 puede ser más de aproximadamente 90%, más de aproximadamente 93%, más de aproximadamente 95%, más de aproximadamente 97% o más de aproximadamente 99%. Un módulo de OCM puede proporcionar etileno (por ejemplo, calidad de polímero) a una unidad de dimerización y/oa una unidad de metátesis. El reactor de metátesis puede contener una sección para la isomerización de buteno-1 a buteno-2. El producto de la unidad de metátesis puede contener predominantemente propileno (y cantidades variables de etileno y butenos sin reaccionar), junto con algunos componentes C5+ pesados. Las unidades de metátesis convencionales pueden incluir separación C2, separación C3 y un desaceitador (eliminación C5+). Una unidad de metátesis integrada con un sistema de OCM puede tener un sistema común de separaciones y purificación donde la corriente de producto de la unidad de metátesis se enruta a la sección de separaciones C2 del módulo de OCM (desetanizador). La cabeza del desetanizador se puede enviar al divisor C2 para generar etileno de calidad polimérica y un producto de etano. El producto de etano se puede reciclar al reactor de OCM. Una parte del etileno producido se puede enviar al reactor de dimerización y el etileno restante se envía a la unidad de metátesis. La corriente de fondos del desetanizador puede enviarse a un despropanizador, seguido de un divisor C3 para producir propileno (grado polímero). Los fondos del despropanizador se pueden enviar a un desbutanizador o un despentanizador para recuperar un refinado C4. En algunas realizaciones, la corriente rica en buteno del reactor de dimerización se puede isomerizar en una sección de destilación reactiva para convertir buteno-1 en buteno-2 y separar el buteno-2 para el reactor de metátesis.
En algunas realizaciones, la corriente rica en C4 puede obtenerse de una refinería o un craqueador de vapor. La corriente de C4 de refinería o craqueador de vapor puede ser suficiente para proporcionar la unidad de metátesis sin necesidad de dimerización. En algunos casos, la corriente de C4 se puede mezclar con la corriente de C4 del reactor de dimerización. En cualquier caso (es decir, dimerización sola, dimerización más recuperación de gas de escape o solo procesamiento de gas de escape), el procesamiento de C4 también puede incluir bien sea una unidad de hidrogenación selectiva (SHU) para hidrogenar cualesquier dienos de C4 a olefinas, o una unidad de recuperación de butadieno o una unidad de hidrogenación total para hidrogenar los C4 restantes después de que se haya utilizado buteno-2. En algunos casos, el producto final es un refinado C4 LPG/C4 que contiene butanos y butenos sin reaccionar.
Las integraciones descritas en el presente documento (por ejemplo, OCM metátesis polipropileno) pueden producir muchas ventajas desde un punto de vista económico y de proceso. El sistema combinado puede tener un sistema de recuperación y separaciones común, un sistema de refrigeración común y aprovechar un sitio integrado con respecto a los servicios públicos y fuera del sitio. Además, el sistema de OCM puede generar un exceso de vapor para todo el sistema.
Además, el etileno de un proceso de OCM se puede suministrar como comonómero para la producción de polipropileno (por ejemplo, 8-15% de comonómero de etileno). Una sección de separaciones de un proceso de OCM puede manejar las corrientes de reciclaje desde una unidad de metátesis y una unidad de polipropileno además de las separaciones para el proceso de OCM en sí mismo.
Por ejemplo, la Figura 23 muestra un esquema de ejemplo para la integración de OCM con metátesis para la producción de propileno. Una unidad 2300 de OCM con un reactor 2301 de OCM y una sección 2302 de separación recibe una corriente 2303 de metano (por ejemplo, gas natural) y produce una corriente 2304 de producto de etileno (por ejemplo, etileno de calidad polimérica). Una porción de la corriente de etileno se puede dirigir a un reactor 2305 de dimerización para producir productos C4, que luego se pueden separar en una unidad 2306 de separación C4. El buteno-22307 de la unidad de separación C4 se puede dirigir a un reactor 2308 de metátesis junto con etileno de la unidad de OCM. La corriente de producto de metátesis puede dirigirse a una unidad 2309 de separación C2, con los compuestos C2 siendo enviados como una corriente de reciclo a la sección de separaciones de la unidad de OCM. Los compuestos C3+ se pueden dirigir desde la unidad de separación C2 a una unidad 2310 de separación C3. El propileno 2311 se puede recuperar de la unidad de separación C3, con los compuestos C4+ dirigidos a la unidad de separación C4.
El propileno se puede procesar adicionalmente en polipropileno. Por ejemplo, la Figura 24 muestra que el propileno 2311 se dirige, junto con el comonómero de etileno 2401 de la unidad de OCM, a una unidad 2402 de polipropileno para producir polipropileno 2403.
La metátesis se puede realizar como una reacción de equilibrio en fase de vapor. La metátesis puede lograr una conversión de n-buteno de aproximadamente un 72% en una sola pasada y aproximadamente un 90% -95% de conversión total. La reacción se puede realizar en condiciones isotérmicas o casi isotérmicas y puede ser neutra desde el punto de vista energético. La presencia de isobuteno puede conducir a más reacciones secundarias que producen 2,3-dimetilbuteno e isoamileno.
En algunos casos, los sistemas de recuperación están integrados. Por ejemplo, con referencia a la Figura 25A, se muestra un caso que tiene un dicisor C22500 que produce etileno enriquecido 2501 para la unidad 2502 de metátesis y/o la unidad 2504 de dimerización. En algunos casos, el etileno enriquecido es etileno de grado polímero (que también se puede usar como comonómero en la producción de polipropileno). En algunos casos, el divisor C22500 no se opera en condiciones que dan como resultado etileno de calidad polimérica. La corriente de etileno enriquecida puede ser aproximadamente 60%, aproximadamente 70%, aproximadamente 80%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95% o aproximadamente 99% de etileno en masa. En algunos casos, la corriente de etileno enriquecida es al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 80%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95% o al menos aproximadamente 99% de etileno en masa.
Continuando con la Figura 25A, los reactivos 2506 (es decir, metano y O2) se pueden alimentar a un reactor 2508 de OCM que tiene un lecho de catalizador 2509 y una sección 2510 de conversión de etano. El reactor de OCM puede producir un efluente 2511 de OCM que va a un desmetanizador 2512. En En algunos casos, existen unidades adicionales en el proceso de OCM que no se muestran, tales como compresores, unidades de eliminación de CO2, unidades de secado, unidades de desulfuración, inactivadores e intercambiadores de calor. La cabeza 2513 del desmetonizador puede contener compuestos C1 y pasar a una unidad 2514 de metanización para su conversión en metano y reciclar al reactor 2508 de OCM. Como se usa en este documento, los términos "cabeza" y "fondos" no limitan la porción o sección de la columna de separación de la que emerge la corriente (por ejemplo, en algunos casos, los "fondos" pueden salir del centro o la parte superior de la columna de separación).
Los fondos 2515 del desmetanizador pueden incluir compuestos C2+ y continuar en un tren de fraccionamiento que incluye un desetanizador 2516, un despropanizador 2517 y un desbutanizador 2518. La cabeza 2519 del desetanizador puede contener compuestos C2 y pasar a una unidad 2520 de hidrogenación, cuya unidad de hidrogenación puede hidrogenar (selectivamente) acetileno. Como se describe en el presente documento, los compuestos C2 pueden separarse en una corriente de etileno enriquecida (es decir, utilizando el divisor C22500), o no separarse como se muestra en la Figura 25B.
Los fondos de desetanizador 2521 pueden contener compuestos C3+ y llevarse al despropanizador 2517. La cabeza 2522 del despropanizador puede contener compuestos C3 que se pueden dividir en un divisor C32523 en propano 2524 y propileno 2525. En algunos casos, el propileno es de calidad polimérica. En algunos casos, el propileno se usa para fabricar polipropileno (opcionalmente con un comonómero de etileno, tal como el derivado del presente proceso, es decir, del separador C2 2500). En algunas realizaciones, el propileno 2525 es aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 99%, aproximadamente 99.5%, aproximadamente 99.9% o aproximadamente 99.95% puro. En algunos casos, el propileno 2525 es al menos aproximadamente 85%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95%, al menos aproximadamente 99%, al menos aproximadamente 99.5%, al menos aproximadamente 99.9% o al menos aproximadamente 99.95% puro.
Los fondos despropanizadores 2526 puede contener compuestos C4+ y dirigirse a un desbutanizador 2518. El desbutanizador puede producir una corriente de fondo 2527 que incluye compuestos C5+ y una corriente 2528 de cabeza que comprende compuestos C4, cuyos compuestos C4 pueden enviarse a un divisor C42529. El divisor C4 puede producir una pluralidad de corrientes (es decir, 2530, 2531 y 2532) que incluyen una corriente enriquecida en buteno-2 2532. En algunas realizaciones, el buteno-2 2532 es aproximadamente 85%, aproximadamente 90%, aproximadamente 95%, aproximadamente 99%, aproximadamente 99.5%, aproximadamente 99.9% o aproximadamente 99.95% puro. En algunos casos, el buteno-2 2532 es al menos aproximadamente 85%, al menos aproximadamente 90%, al menos aproximadamente 95%, al menos aproximadamente 99%, al menos aproximadamente 99.5%, al menos aproximadamente 99.9% o al menos aproximadamente 99.95% puro. El buteno-2 2532 puede ir a la unidad 2502 de metátesis.
Se puede producir buteno-22533 adicional a partir del módulo 2504 de dimerización (es decir, a partir de etileno). El buteno-22533 adicional se puede utilizar directamente en el reactor 2502 de metátesis en algunos casos. Sin embargo, como se muestra aquí, el buteno-2 adicional se puede reciclar al tren de fraccionamiento (por ejemplo, al desetanizador 2516) para enriquecer la concentración de buteno-2 antes de la metátesis.
La unidad de metátesis puede producir una corriente de propileno 2534 que puede utilizarse directamente o enriquecida (por ejemplo, en propileno de calidad polimérica) reciclando la corriente 2534 de propileno diluido al tren de fraccionamiento (por ejemplo, al desetanizador 2516).
El proceso puede producir un número de corrientes adicionales que se pueden utilizar directamente o reciclar en el proceso, tal como una corriente 2535 de etano procedente del divisor C2 que se puede reciclar al lecho de catalizador 2509 y/o la sección 2510 de conversión de etano del reactor 2508 de OCM.
En algunos casos, los compuestos C2 no se dividen en etileno enriquecido o en corrientes de etano enriquecidas. Con referencia a la Figura 25B, la cabeza 2519 del desetanizador puede usarse en el módulo 2502 de metátesis, en el módulo 2504 de dimerización, y/o puede reciclarse al reactor 2508 de OCM directamente (por ejemplo, sin separarse primero en un divisor C2). En algunos casos, la corriente 2519 de C2 puede pasar por una unidad 2520 de hidrogenación (por ejemplo, que hidrogena acetileno) para producir una corriente 2540 de C2 hidrogenada, cuya corriente 2540 de C2 hidrogenada se puede utilizar en el módulo 2502 de metátesis, en el módulo 2504 de dimerización. En algunas realizaciones, la corriente 2540 de C2 hidrogenado puede contener aproximadamente un 5%, aproximadamente un 10%, aproximadamente un 15%, aproximadamente un 20%, aproximadamente un 25%, aproximadamente un 30%, aproximadamente un 35%, aproximadamente un 40%, aproximadamente un 45%, aproximadamente un 50%, aproximadamente 55%, aproximadamente 60%, aproximadamente 65%, aproximadamente 70%, aproximadamente 75%, aproximadamente 80%, aproximadamente 85%, aproximadamente 90% o aproximadamente 95% de compuestos distintos del etileno. En algunos casos, la corriente 2540 de C2 hidrogenado puede contener al menos aproximadamente el 5%, al menos aproximadamente el 10%, al menos aproximadamente el 15%, al menos aproximadamente el 20%, al menos aproximadamente el 25%, al menos aproximadamente el 30%, al menos aproximadamente 35%, al menos aproximadamente 40%, al menos aproximadamente 45%, al menos aproximadamente 50%, al menos aproximadamente 55%, al menos aproximadamente 60%, al menos aproximadamente 65%, al menos aproximadamente 70%, al menos aproximadamente 75%, al menos aproximadamente el 80%, al menos aproximadamente el 85%, al menos aproximadamente el 90% o al menos aproximadamente el 95% de compuestos distintos del etileno.
Debe entenderse por lo anterior que, aunque se han ilustrado y descrito implementaciones particulares, se pueden hacer diversas modificaciones a las mismas y se contemplan en este documento. Tampoco se pretende que la invención esté limitada por los ejemplos específicos proporcionados dentro de la especificación.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un método para producir metanol (MeOH) y compuestos de hidrocarburos que contienen al menos dos átomos de carbono (compuestos C2+), que comprende:
(a) dirigir metano (CH4) y oxígeno (O2) a un reactor de acoplamiento oxidativo de metano (OCM) para producir una corriente de producto que comprende los compuestos C2+, monóxido de carbono (CO), hidrógeno (H2), dióxido de carbono (CO2), y CH4 sin reaccionar;
(b) generar una primera corriente efluente que comprende el CO2 de la corriente de producto, en donde una concertación del CO2 en la primera corriente efluente es mayor que una concentración de CO2 en la corriente de producto;
(c) generar una segunda corriente efluente que comprende H2, CO y CH4 sin reaccionar a partir de la corriente de producto;
(d) generar una tercera corriente efluente que comprende compuestos C2+; y
(e) dirigir la primera corriente efluente y la segunda corriente efluente a un reactor de MeOH para producir MeOH.
2. El método de la reivindicación 1, en el que el reactor de OCM comprende: (i) una sección de reacción de OCM que comprende un catalizador de OCM; y (ii) una sección de craqueo posterior al lecho; y en el que al menos aproximadamente el 95% del metano se convierte en productos MeOH y C2+.
3. El método de la reivindicación 1, que comprende además proporcionar los compuestos C2+ a un craqueador que craquea o refina los compuestos C2+.
4. El método de la reivindicación 1, en el que la concentración del CH4 sin reaccionar en la segunda corriente efluente es mayor que la concentración del CH4 sin reaccionar en la corriente de producto.
5. El método de la reivindicación 4, que comprende además dirigir al menos una porción de la segunda corriente efluente a un reformador de metano con vapor (SMR) que produce hidrógeno (H2) y CO.
6. El método de la reivindicación 5, que comprende además dirigir el CO y e1H2 producidos en el SMR al reactor de MeOH.
7. El método de la reivindicación 6, en el que todo el CO y H2 de la corriente de producto y todo el CO y H2 del SMR se convierte en MeOH en el reactor de MeOH.
8. El método de la reivindicación 5, en el que al menos una porción de la segunda corriente efluente se proporciona como combustible al SMR.
9. El método de la reivindicación 5, en el que al menos una porción de la segunda corriente efluente se proporciona como materia prima para el SMR, y en el que el SMR convierte el CH4 sin reaccionar en la segunda corriente efluente en H2 y CO para conversión en MeOH en el reactor de MeOH.
10. El método de la reivindicación 5, en el que al menos el 80% del metano consumido por el SMR proviene de la segunda corriente efluente de CH4.
11. El método de la reivindicación 5, que comprende además dirigir una porción de la segunda corriente efluente a un craqueador.
12. El método de la reivindicación 11, en el que al menos el 80% del metano consumido por el SMR y el craqueador es de la segunda corriente efluente.
13. El método de la reivindicación 12, que comprende además dirigir al menos una porción de la segunda corriente efluente a un proceso que consume metano, y en el que al menos el 80% del metano consumido por el SMR, el craqueador y el proceso que consume metano es de la segunda corriente efluente.
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